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UNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIA
FACULTADO DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA
CARRERA DE INGENIERÍA EN GAS Y PETRÓLEO
PERFIL DE PROYECTO DE GRADO
“PROPUESTA DE APLICACIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS DCVG Y
LRUT PARA LA DETECCIÓN Y EL ANÁLISIS DE DEFECTOS EN
EL REVESTIMIENTO DE LOS DUCTOS DE ACERO
ENTERRADOS DE YPFB EN EL MUNICIPIO EL ALTO”
POSTULANTE: HENRY IVÁN RIVEROS RODRÍGUEZ
AÑO 2012
ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN..........................................................................................................1
2. ANTECEDENTES..........................................................................................................2
3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.......................................................................3
3.1. Identificación del Problema......................................................................................3
3.2. Formulación del Problema.......................................................................................3
4. OBJETIVOS...................................................................................................................4
4.1. Objetivo General......................................................................................................4
4.2. Objetivos Específicos...............................................................................................4
5. JUSTIFICACIÓN...........................................................................................................4
5.1. Justificación Técnica................................................................................................4
5.2. Justificación Operativa.............................................................................................6
5.3. Justificación Económica...........................................................................................6
5.4. Justificación Socio Ambiental..................................................................................7
6. MARCO TEÓRICO........................................................................................................8
6.1. Definiciones..............................................................................................................8
6.2. Protección catódica...................................................................................................9
6.3. Inspección DCVG..................................................................................................10
6.3.1. Ventajas...........................................................................................................14
6.3.2. Procedimiento.................................................................................................19
6.4. Long Range Ultrasonic Testing..............................................................................21
6.4.1. Principios de funcionamiento..........................................................................22
6.4.2. Usos.................................................................................................................24
6.4.3. Ventajas...........................................................................................................25
7. APLICACIÒN PRÁCTICA..........................................................................................26
8. MATRIZ DEL MARCO LÓGICO...............................................................................26
9. Metodologías y Herramientas.......................................................................................26
9.1. Metodología............................................................................................................26
9.2. Herramientas..........................................................................................................27
10. Alcances y aportes.....................................................................................................28
10.1. Alcance temático................................................................................................28
10.2. Alcance geográfico.............................................................................................28
10.3. Alcance temporal................................................................................................28
10.4. Aportes................................................................................................................28
11. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES.....................................................................28
12. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................................28
ÍNDICE DE CUADROS
CUADRO 1. Clasificación de los defectos de acuerdo a su severidad.............................11
1. INTRODUCCIÓN
El presente perfil, propone la aplicación de las tecnologías Direct Current Voltage Gradient
(DCVG) y Long Range Ultrasonic Test (LRUT) para la detección y el análisis de defectos
en el revestimiento de los ductos de acero enterrados de Yacimientos Petrolíferos Fiscales
Bolivianos (YPFB) en el Municipio de El Alto, lo que nos permitirá programar el
mantenimiento preventivo adecuado de esta tubería.
La preocupación por la corrosión en tuberías enterradas ha ido en aumento con el
transcurso del tiempo, debido al envejecimiento de la protección mecánica de las tuberías,
el cual da como resultado defectos en el recubrimiento, dejando expuesto el metal en el
suelo corrosivo, en el propicia el fenómeno de corrosión en estos defectos, originando fallas
inesperadas en las tuberías, incrementando a su vez los costos de mantenimiento y
reparación, así como la disminución en la seguridad durante la operación, tanto para los
trabajadores como para las comunidades cercanas a las instalaciones de ductos
(GONZALEZ, MALO, CHAVARRÍA, & DURÁN, 2007).
La técnica de Gradiente de Voltaje de Corriente Continua (DCVG), además de localizar los
defectos del recubrimiento en una tubería enterrada (los cuales son sitios potenciales de
corrosión), determina el estado de la corrosión de los defectos y la severidad en cuanto al
consumo de corriente de protección que cada uno de estos absorbe. Sin embargo, toda esta
información adquiere una mayor relevancia, cuando se correlaciona con las condiciones de
operación de los sistemas de protección catódica, para poder emitir recomendaciones que
conduzcan a la mitigación o erradicación de los problemas de corrosión, aunados a una
buena operación de los mismos (PROTAN, 2007).
La finalidad del proyecto de grado es determinar y analizar los defectos que se pueden
encontrar en la tubería de acero enterrada que transporta gas natural de Yacimientos
Petrolíferos Fiscales Bolivianos en el Municipio de El Alto, para poder realizar el adecuado
1
mantenimiento preventivo de estos ductos y evitar costos en multas, intervenciones o que se
detenga el transporte del gas por alguna contingencia.
El alcance del proyecto es pretende desarrollar un programa para la aplicación de las
tecnologías DCVG y LRUT para detectar y analizar los defectos del revestimiento en los
puntos críticos determinados de los ductos de acero enterrados de Yacimientos Petrolíferos
Fiscales Bolivianos de la Ciudad El Alto.
Las limitaciones del proyecto son: no se pretende ejecutar la prueba con las tecnologías
DCVG y LRUT a los ductos enterrados de YPFB.
2. ANTECEDENTES
En Cuba, el 2004 se realizó la aplicación de la técnica DCVG en la detección de fallos del
revestimiento en tuberías enterradas a dos importantes gasoductos que transportan gas
natural a la Ciudad de la Habana, a cargo del Grupo de Corrosión e Ingeniería de
Materiales de CUJAE (MARRERO, CAMEJO, & IZQUIERDO, 2005).
En el 2008, se ha realizado la inspección del estado del recubrimiento anticorrosivo
mediante los estudios CIS y DCVG en 736.703 Km de gasoductos a cargo del sector
Reynosa. Esto se dio por la contratación de la Benemérita Universidad Autónoma de
Puebla que fue contratada por PEMEX GAS y Petroquímica Básica en la República de
México (GONZALEZ, MALO, CHAVARRÍA, & DURÁN, 2007).
La tecnología de la Prueba Ultrasónica de Largo Alcance, no tiene muchas experiencias de
aplicación a internacional, debido a que es un método nuevo de inspección de tuberías
enterradas.
Desde la década de los 90’s que fue la construcción de los ductos de acero del Municipio de
El Alto, no se ha realizado la inspección de las condiciones del revestimiento de estas
tuberías por YPFB, por tanto no se conoce la situación actual de estas, ni tampoco se tiene
un adecuado programa de mantenimiento.
2
3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
3.1. Identificación del Problema
Existen diversos problemas relacionados con el presente proyecto de grado, entre los cuales
podemos citar:
Debido a la inaccesibilidad que se tiene a las tuberías de acero enterradas, no se
puede realizar una fácil inspección de las condiciones, por lo cual no se pueden
programar mantenimientos preventivos ubicados directamente a las zonas dañadas
de estos ductos,
No se realiza la inspección{on del revestimiento de la tubería de acero enterradas
en el municipio de El Alto desde hace más de 10 años, por tanto no se realiza un
mantenimiento preventivo
Los mantenimientos correctivos son peligrosos y crean un desabastecimiento de
gas natural
Para realizar cualquier inspección de los ductos de acero enterrados, los
trabajadores de YPFB actualmente la realizan solamente en contacto directo con la
tubería y no se cuenta con la maquinaria pesada adecuada.
3.2. Formulación del Problema
¿La detección y el análisis de defectos en el revestimiento de los ductos de acero enterrados
de Yacimientos Petrolíferos Fiscales Bolivianos en el Municipio de El Alto presentan
dificultades debido a la inaccesibilidad de estos lo que provoca que no se realice un
adecuado mantenimiento preventivo?
3
4. OBJETIVOS
4.1. Objetivo General
Proponer la aplicación de las tecnologías DCVG y LRUT para la detección y el
análisis de defectos en el revestimiento de los ductos de acero enterrados de
Yacimientos Petrolíferos Fiscales Bolivianos en el Municipio El Alto.
4.2. Objetivos Específicos
Realizar un diagnóstico general de los ductos de acero enterrados de Yacimientos
Petrolíferos Fiscales Bolivianos en el Municipio de El Alto para determinar los
puntos críticos de análisis con las tecnologías DCVG (Direct Current Voltage
Gradient) y LRUT (Long Range Ultrasonic Test).
Determinar si existen las condiciones mínimas en los puntos críticos de análisis
para la aplicación de las tecnologías DCVG (Direct Current Voltage Gradient) y
LRUT (Long Range Ultrasonic Test) en los ductos de acero enterrados de
Yacimientos Petrolíferos Fiscales Bolivianos en el Municipio de El Alto.
Plantear un programa de inspección con las tecnologías DCVG y LRUT para la
detección y el análisis de defectos del revestimiento de los ductos de acero
enterrados de Yacimientos Petrolíferos Fiscales Bolivianos en el Municipio de El
Alto
Evaluar la eficiencia de los dos métodos
5. JUSTIFICACIÓN
5.1. Justificación Técnica
A pesar de ser tecnología nuevas el DCGV y LRUT que permiten la detección y el análisis
del revestimiento de tuberías de acero enterradas, existe una gran tendencia utilizar estos
métodos de inspección, por lo tanto, la adquisición de estos equipos están al alcance de
Yacimientos Petrolíferos Fiscales Bolivianos.
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La aplicación del Gradiente de Voltaje de Corriente Continua (DCVG) y la Prueba
Ultrasónica de Largo Alcance (LRUT) como métodos para la inspección de los ductos de
acero en el municipio de El Alto, permitiría determinar los puntos con desgaste en el
revestimiento de la tubería, así como la magnitud del daño. Esto es muy importante para
poder programar de manera efectiva el mantenimiento preventivo en de estos ductos y
evitar cualquier inconveniente en el transporte del gas natural.
El presente proyecto pretende utilizar herramientas durante el desarrollo del mismo, de tal
forma, que permitan obtener mejor información, así como analizar resultados. Entre estas
tenemos: los Sistemas de Información Geográficos, modelos matemáticos, etc.
El SIG (Sistema de Información Geográfica) es una herramienta, la cual permite un
adecuado almacenamiento, manejo y análisis de la información georreferenciada obtenida.
El adecuado manejo del SIG permite establecer principalmente la ubicación exacta de los
ductos de acero del municipio de El Alto, los puntos críticos donde se pretende realizar el
análisis de la aplicación de DCVG y LRUT.
Los modelos matemáticos nos permitirán el entendimiento de las técnicas de Gradiente de
Voltaje de Corriente Continua (DCVG) y la Prueba Ultrasónica de Largo Alcance (LRUT),
para determinar sus restricciones y los posibles lugares a aplicarse, de tal forma, que se
obtengan mejores resultados.
La utilización de diversas herramientas de apoyo es importante para manejar
adecuadamente la información, analizar los datos obtenidos de forma óptima para plantear
un programa eficiente de inspección de los ductos de acero enterrados en el municipio de El
Alto con las tecnologías DCVG y LRUT.
Las normas técnicas aplicables son:
NACE STD RP0169 “Control of External Corrosion on Underground or
Submerged Metallic Piping Systems”.
5
NACE RP0 286 “Electric Isolation of Cathodically Protected Pipelines”
NACE STD RP0177 “Mitigation of Alternating Current and Lighting Effect on
Metallic Structures and Corrosión Control Systems”
NACE STD TM0497 “Measurement Techniques Related to Criteria for Cathodic
Protection on Underground or Submerged Metallic Piping”
Es importante recalcar, que se cuenta con el acceso a la información necesaria para la
elaboración del presente proyecto de grado.
5.2. Justificación Operativa
La operación de los equipos son sencillos y no requieren de personal técnico altamente
capacitado.
Los equipos son pequeños y fáciles de transportar
Los ductos de acero enterrados de YPFB en el municipio de El Alto, son de fácil acceso
para utilizar los equipos y aplicar las técnicas.
Para la aplicación de estas técnicas de inspección de ductos de acero no se requiere detener
el transporte de los hidrocarburos que se están desplazando a través de la tubería, por lo que
durante la ejecución de estos métodos no se perjudicaría al abastecimiento de gas natural.
5.3. Justificación Económica
En la implementación de la inspección con DCVG y LRUT no se requiere tener acceso
directo a la tubería de acero, es decir, que no se necesita excavar para realizar el estudio, lo
que implica un ahorro en el costo de obras civiles.
Con la implementación del programa de aplicación de las tecnologías DCVG y LRUT se
disminuirán los costos para el mantenimiento de estas tuberías y con el mantenimiento
preventivo se evitan los costos de intervención o de contingencias.
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El petróleo es un compuesto con un alto nivel de toxicidad, por tanto se puede considerar
una amenaza para la salud de los habitantes de las Tierras Comunitarias de Origen que
habitan cerca del lugar donde se presentan los afloramientos naturales de petróleo.
El petróleo proveniente de los afloramientos de la zona de estudio, está en contacto con
cuerpos de agua (Arroyo Canaán, que desemboca al Río Colorado), los cuales, las
poblaciones del lugar utilizan para las actividades económicas como: la agricultura y la
pesca. Estas actividades se pueden ver seriamente afectadas por la presencia de crudo,
debido al alto nivel de toxicidad que este presenta.
La determinación de las instancias competentes que deben asumir la responsabilidad de este
problema provocado por los afloramientos naturales de petróleo es importante, debido a
que en base a ésta, se podrán implementar las medidas de mitigación adecuadas para evitar
y disminuir los efectos adversos que provocan los afloramientos naturales de petróleo
5.4. Justificación Socio Ambiental
No se generan impactos ambientales negativos significativos en la aplicación de las
tecnologías DCVG y LRUT
Como el estudio será dirigido al municipio de El Alto, no estará dentro de áreas protegidas
6. MARCO TEÓRICO
6.1. Definiciones
City Gate
Instalaciones destinadas a la recepción, filtrado, regulación, medición, odorización y
despacho del gas natural, en bloque a ser distribuido a través de los sistemas
correspondientes. Es el punto que separa el sistema de transporte del sistema de
distribución (Reglamento de Distribución de Gas Natural por Redes, 2005).
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Gas natural
Son los hidrocarburos, con predominio de metano, que en condiciones normalizadas de
presión y temperatura se presentan en la naturaleza en estado gaseoso (Ley Nº 3058, 2005).
Hidrocarburos
Son los compuestos de carbono e hidrógeno, incluyendo los elementos asociados, que se
presentan en la naturaleza, ya sea en el suelo o en el subsuelo, cualquiera sea su estado
físico, que conforman yendo el gas licuado de petróleo producido en refinerías y plantas de
extracción de licuables (Ley Nº 3058, 2005).
Prevención
Técnica de actuación sobre los peligros con el fin de suprimirlos y evitar sus consecuencias
perjudiciales (CORTÉS DÍAZ, 2007).
Protección
Técnica de actuación sobre las consecuencias perjudiciales que un peligro puede producir
sobre un individuo, colectividad, o su entorno, provocando daños (CORTÉS DÍAZ, 2007).
Sistema de Distribución
Comprende el conjunto de Redes Primarias, Redes Secundarias, Estaciones Distritales de
Regulación, Acometidas, Gabinetes, y Puestos de Regulación y Medición (Reglamento de
Distribución de Gas Natural por Redes, 2005).
6.2. Protección catódica
La corrosión en los ductos de acero es un proceso electroquímico, causado por la
generación de sitios anódicos y catódicos en la superficie del ducto con el subsiguiente
flujo de corriente continua entre estas áreas. En sitios anódicos, se generan electrones a
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causa de la disolución del metal. Estos electrones viajan por el acero a las zonas catódicas
donde son consumidos en reacciones de reducción (oxidación). El circuito eléctrico se
completa mediante el flujo iónico en la tierra entre el sitio catódico y el sitio anódico
(PROTAN, 2007).
Para prevenir los daños causados por la corrosión externa, los ductos son protegidos contra
efectos mediante una combinación de revestimientos dieléctricos y sistemas de protección
catódica. Los revestimientos dieléctricos representan la primera línea de defensa contra la
corrosión externa. Aunque los revestimientos generalmente proporcionan una excelente
protección, la mayoría de ellos se deterioran con el tiempo debido a la absorción de agua,
presiones de la tierra, abrasión del suelo, daño de raíces, ataques bacteriológicos y
numerosos otras causas. Estos daños permiten que la corrosión ocurra en los lugares en
donde se producen contactos entre el medio corrosivo (la tierra) y las superficies del acero
expuestas por los defectos del revestimiento (PROTAN, 2007).
La protección catódica tiene la función de proteger la cañería en los lugares donde el
revestimiento ha fallado, actuando como la segunda línea de defensa contra la corrosión
externa. La protección catódica se logra mediante el suministro de electrones a la estructura
metálica, transformando su potencial a valores más negativos con respecto al medio en que
se encuentra. Por definición, la corrosión representa la pérdida de electrones por átomo o
grupo de átomos. Cuando estos electrones son suministrados externamente a través del
acero de la cañería (por protección catódica), los mecanismos de corrosión son reducidos
hasta niveles insignificantes. Estos efectos son complementados con los cambios
electroquímicos en la tierra (aumento en pH) causado por los subproductos de aplicación de
protección catódica (PROTAN, 2007).
Actualmente en la industria se acepta generalmente que la combinación de revestimientos
dieléctricos con sistemas de protección catódica es la medida más efectiva para controlar
los efectos de corrosión externa en cañerías subterráneas. Un factor que es menos
comprendido es que este control depende de un equilibrio delicado entre el estado físico en
que se encuentra el revestimiento y los niveles de protección catódica. Para obtener niveles
efectivos de protección catódica, los potenciales de la cañería deben ser mantenidos entre
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las fronteras de -850 mV “off” (subprotección) y -1140 mV “off” (sobreprotección). Esta
meta solo se puede alcanzar si existe un decaimiento controlado en el perfil de potencial de
la cañería desde los puntos de máximo potencial (los rectificadores o ánodos galvánico) a
los puntos de mínimo potencial (las áreas remotas de los rectificadores de los rectificadores
o ánodos galvánicos). El ritmo de decaimiento del potencial depende principalmente de la
condición del revestimiento de la cañería que se considera como el factor crítico para el
correcto funcionamiento de los sistemas de protección catódica (PROTAN, 2007).
6.3. Inspección DCVG
La técnica de inspección DCVG se utiliza para localizar los defectos del recubrimiento en
una tubería enterrada, los cuales son sitios potenciales de corrosión de la tubería. El equipo
detecta el gradiente de voltaje generado en el suelo, debido al paso de la corriente de
protección catódica a través del suelo resistivo, hacia el acero expuesto en un defecto del
recubrimiento. El gradiente de voltaje es más grande y más concentrado, a medida que sea
mayor el flujo de corriente, el cual es, además de otras cosas, función del tamaño eléctrico
del defecto (GONZALEZ, MALO, CHAVARRÍA, & DURÁN, 2007).
En la práctica, la protección catódica se pulsa de una forma especial, para que la señal de
DC bajo estudio se pueda separar de otras fuentes de DC influyan, por ejemplo, corriente,
telúricos (efectos de los campos magnéticos de la tierra), otros sistemas de protección
catódica, corrientes en línea de distribución, etc. El intervalo de interrupción asimétrico
entre 0,45 segundos encendido y 0,8 segundos apagados, proporciona una señal que facilita
la localización del epicentro de los defectos, esto permite, además, determinar la dirección
del flujo de la corriente desde y hacia el defecto del recubrimiento, para que se pueda
valorar el estatus de la corrosión de dicho defecto. Si la corriente neta fluye hacia el ducto,
entonces el defecto está protegido catódicamente y su estatus de la corrosión se define
como anódico, indicado por la letra A. cuando no fluye corriente, el defecto se clasifica
como neutro, indicado por la letra N (GONZALEZ, MALO, CHAVARRÍA, & DURÁN,
2007).
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El estatus de la corrosión de un defecto se determina normalmente en ambas condiciones,
con el sistema de protección catódica operacional (encendido) y además con el
transformador/rectificador que influencia la zona apagado. Esta última medición elimina la
caída resistiva a través del suelo y determina la sensibilidad del defecto para que se
establezca la corrosión, si parte del sistema de protección catódica se vuelve inoperante. Si
el defecto está protegido en ambas condiciones de encendido y apagado, entonces su estatus
de corrosión se define como catódico/catódico (C/C). si el defecto está únicamente
protegido en la condición de encendido, entonces el defecto es sensible al estatus del
sistema de protección catódica y su estatus de corrosión se define como anódico/catódico
(A/C). si el defecto es anódico en ambas condiciones de encendido y apagado del sistema
de protección catódica, entonces sus estatus de corrosión se define como anódico/anódico
(A/A) y el defecto se está corroyendo activamente, aun cuando el sistema de protección
catódica esté operando con los parámetros establecidos. La velocidad de corrosión se
determina por la magnitud del flujo de la corriente neta que, en la mayoría de los casos, es
muy pequeña (GONZALEZ, MALO, CHAVARRÍA, & DURÁN, 2007).
Para relacionar la naturaleza de un defecto con una medición eléctrica, se ha desarrollado
una clasificación empírica de los defectos, la cual se describe en el CUADRO 1. El tamaño
eléctrico efectivo conocido como severidad del defecto expresado como %IR, se calcula
primero y después se clasifica la severidad de los defectos como pequeña, media,
media/grande o grande, dependiendo del valor del parámetro de %IR, donde 0%IR sería un
recubrimiento perfecto y 100%IR sería un área muy grande de acero desnudo,
relativamente libre de películas superficiales expuestas en el suelo (GONZALEZ, MALO,
CHAVARRÍA, & DURÁN, 2007).
CUADRO 1. Clasificación de los defectos de acuerdo a su severidad.
%IR Severidad Categoría del defecto0 – 15 Pequeño16 – 35 Mediano36 – 70 Mediano / Grande71 – 100 Grande
(GONZALEZ, MALO, CHAVARRÍA, & DURÁN, 2007)
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La protección catódica tiene como objetivo proteger las tuberías donde el revestimiento de
las mismas ha fallado actuando como segunda línea de defensa contra la corrosión externa.
El análisis georreferenciado facilita a los ingenieros la definición de planes para evitar
corrosión en las tuberías y así prevenir pérdidas de metal y eventualmente fugas
(AEROTERRA, 2006).
El ensayo DCVG utiliza una corriente continua inyectada en la tubería (procedente de su
propio sistema de protección catódica, o bien de un sistema provisional) la cual se
interrumpe periódicamente durante cortos espacios de tiempo, mediante un interruptor
automático programable (GONZALEZ, MALO, CHAVARRÍA, & DURÁN, 2007).
La corriente fluye a través del terreno, produciendo un gradiente del potencial en la entrada
de la tubería por los poros o defectos del revestimiento, cuyo gradiente se detecta
midiéndolo entre dos tomas de tierra mediante un voltímetro.
El voltímetro empleado deberá de ser de cero al centro, de alta sensibilidad que permite
localizar los defectos por medida de la diferencia del potencial y su polaridad entre los dos
electrodos conectados a tierra.
Los defectos se localizan al obtener una lectura nula cuando los dos electrodos están
colocados de tal forma que no exista diferencia de potencial entre ellos, por estar situados
en una línea equipotencial. La magnitud del defecto se obtiene por comparación de la caída
de potencial entre los dos electrodos y la diferencia de potencial ON-OFF aplicada a la
tubería.
Existe una tendencia creciente al uso de tuberías para el transporte de fluidos y en especial
hidrocarburos, a través de largas distanticas. Por razones económicas y de seguridad, estas
tuberías se encuentran frecuentemente bajo tierra. La acción del terreno sobre las paredes
externas de las tuberías enterradas provoca intensos ataques corrosivos, que pueden dar
lugar a perforación de la pared metálica y el consiguiente peligro y daño ecológico. Por esta
razón, estas tuberías se recubren exteriormente con diferentes materiales (protección
pasiva) y además se les debe aplicar un sistema de protección catódica (protección activa),
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que complementa la protección primaria que brinda el revestimiento (MARRERO,
CAMEJO, & IZQUIERDO, 2005).
En Bolivia, existen varios gasoductos destinados al transporte del gas natural desde los
puntos donde se le extrae y procesa, hasta los principales centros urbanos consumidores.
Estas conducciones tienen decenas de kilómetros de longitud y se encuentran enterradas.
Algunas operan desde hace algunos años y las tuberías de acero enterradas que las
conforman, están provistas de revestimientos anticorrosivos exteriores de materiales
poliméricos (MARRERO, CAMEJO, & IZQUIERDO, 2005).
Resulta de gran interés evaluar el estado actual de estos revestimientos, ya que un fallo de
los mismos, que puede producirse por diferentes causas, es un posible foco de corrosión del
acero a causa de la acción del terreno. Además, el conocimiento del estado de estos
revestimientos es imprescindible ante la perspectiva de complementar la protección
anticorrosiva por revestimientos con sistemas de protección catódica (MARRERO,
CAMEJO, & IZQUIERDO, 2005).
DCVG (directo Current Gradient Voltage) es la màs apropiada y moderna para realizar el
estudio “in situ” del estado del revestimiento de tuberías enterradas (MARRERO,
CAMEJO, & IZQUIERDO, 2005).
Con los resultados de los estudios realizados, es posible establecer un adecuado programa
de reparaciones en los gasoductos y disponer de la información necesaria para el ajuste de
los parámetros de operación de los sistemas de protección catódica previstos (MARRERO,
CAMEJO, & IZQUIERDO, 2005).
6.3.1. Ventajas
El sistema DCVG ofrece las siguientes ventajas:
Este ensayo proporciona un conocimiento muy preciso del estado del
revestimiento de una tubería enterrada, incluso en zonas de difícil acceso,
cruzamiento de carreteras y calles, cruzamiento de vías férreas y ríos.
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El ensayo puede ser realizado por una sola persona
Da a conocer el tamaño del defecto
Puede indicar la eficiencia del Sistema de Protección Catódica sobre el defecto.
Puede realizarse sobre tuberías afectadas por corrientes vagabundas y telúricas y
en prácticamente toda clase de terrenos.
Permite la localización y ubicación con GPS de defectos expuestos del
revestimiento.
Una vez definida la zona de trabajo, se instalará en la fuente de corriente con mayor
influencia en el tramo un interruptor de corriente con capacidad adecuada de acuerdo al
régimen de trabajo de la fuente. El ciclo de interrupción será de 0,3 segundos “On” y 0,7
segundos “Off”.
La técnica consiste en el recorrido de la línea en estudio por parte de un operador con un
instrumento de tipo galvanométrico, vinculado a dos bastones a través de los cuales cada
borne del instrumento se vincula eléctricamente al terreno. Los defectos se localizan
examinando los gradientes de potencial en la tierra sobre las cañerías y determinando la
dirección del flujo de la corriente. Dado que la protección catódica resulta en un flujo de
corriente hacia los puntos expuestos del acero de la cañería, los defectos se pueden localizar
individualmente. La alta sensibilidad de los instrumentos de DCVG permite la localización
de hasta los más pequeños defectos con una exactitud aproximada de 10 cm.
En cada falla detectada se realizarán mediciones complementarias a fin de determinar la
magnitud de dichas fallas. La importancia del defecto se determina midiendo la pérdida de
potencial entre el epicentro del defecto y la tierra remota. Este valor se expresa como una
fracción del cambio de potencial de la cañería (el aumento de potencial debido a la
aplicación de protección catódica) para calcular un porcentaje nominado %IR.
Los defectos son designados de acuerdo a las siguientes cuatro categorías, según sus
respectivos valores de %IR
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El operador irá acompañado de un ayudante provisto con una rueda odométrica, a fin de
posicionar la falla en relación a puntos fijos visibles sobre el terreno (cruces de caminos,
alambrado, carteles, etc.). se determinará la distancia absoluta de cada falla respecto a los
puntos de monitoreo.
La técnica de “Direct Current Voltage Gradient” (DCVG) es un sistema desarrollado para
la detección y el análisis de defectos en el revestimiento de cañerías subterráneas. Los
defectos se localizan examinando los gradientes de potencial en la tierra cubriendo las
cañerías para determinar la dirección del flujo de las corrientes de protección catódica.
Para realizar el trabajo se debe proceder en primer lugar a caracterizar las condiciones del
entorno circundante a la cañería, por tramos de acuerdo a:
- Apantallamientos, estructuras metálicas adyacentes, etc.
- Terrenos rocosos
- Cruces de agua
- Superficies como pavimento, adoquines, hormigón armado, cemento, etc.
- Líneas de transmisión eléctricas adyacentes
- Tramos inaccesibles
- Estado de las aislaciones.
Una vez caracterizada las condiciones del entorno circundante a la cañería por tramos se
debe aplicar una técnica específica que permita conocer el estado del revestimiento según
los siguientes criterios
- Cuando la tubería se encuentra bajo roca, pavimento, asfalto, adoquines, hormigón,
no se puede utilizar la técnica de DCVG.
- Cuando no es posible utilizar la técnica DCVG se debe instalar un sistema
provisorio de inyección de corriente.
- En otros casos se empleará otros sistemas como LRUT.
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Dado que la protección catódica actúa en un flujo de corriente hacia los puntos de acero
expuestos en la cañería, los defectos en el revestimiento pueden ser localizados
individualmente. La alta sensibilidad de los instrumentos de DCVG permite la localización
de hasta los más pequeños defectos con una exactitud aproximada de 10cm.
Una vez localizado el defecto, se determina su importancia considerando los siguientes
cuatro parámetros:
(a) Tamaño del defecto:
El tamaño del defecto se determina midiendo la pérdida de potencial entre el epicentro del
defecto y tierra remota. Este valor se expresa como una fracción del cambio de potencial de
la cañería (el aumento de potencial debido a la aplicación de protección catódica) para
calcular un porcentaje denominado el % IR. Los defectos son designados a las siguientes
cuatro categorías según sus respectivos valores de % IR:
Categoría 1 (51-100 % IR). Los defectos de revestimiento de Categoría 1 se
consideran críticos dado que el alto tamaño de acero expuesto a la tierra impide
funcionamiento adecuado de los sistemas de protección catódica aumentando los
riesgos de corrosión. El inevitable consumo de corriente relacionado con estos
defectos también impide la protección adecuada en zonas más remotas con
respecto a los puntos de suministro de protección catódica.
Categoría 2 (36-50 % IR). Los defectos de revestimiento de Categoría 2
representan amplias áreas de acero en contacto con la tierra. Estos defectos
generan altos consumos de corrientes de protección catódica e impiden una buena
distribución de corriente desde los puntos de suministro de protección catódica.
Categoría 3 (16-35 % IR). Los defectos de revestimiento de Categoría 3
representan medianas áreas de acero en contacto con la tierra causando moderados
consumos de corrientes de protección catódica.
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Categoría 4 (0-15 % IR). Los defectos de revestimiento de Categoría 4
representan pequeñas áreas de acero en contacto con la tierra. Los defectos se
consideran de menor importancia dado que los sistemas de protección catódica
pueden proteger estos puntos a largo plazo (PROTAN, 2007).
Es importante destacar que las estimaciones de %IR no siempre están relacionadas en
forma directa con los tamaños físicos de los defectos del revestimiento. Existen casos
donde la aplicación de protección catódica genera capas de depósitos calcáreos y/ó
magnetita sobre las superficies de acero expuestas por defectos del revestimiento. Estas
capas presentan una alta resistencia al circuito de protección catódica y actúan como un
revestimiento secundario para la protección de las cañerías. En estos casos, las estimaciones
de %IR consideran ambos “revestimientos” y los tamaños físicos de los defectos resultan
inferiores a los anticipados. En otros casos donde existen bajos niveles de protección
catódica y/ó la presencia de tierras acídicas que inhiben la formación de las capas calcáreas,
los tamaños físicos de los defectos resultan superiores a los anticipados.
Longitud del defecto: Operadores experimentados en el sistema de DCVG pueden
determinar la longitud aproximada de los defectos del revestimiento mediante la
examinación de los gradientes de potencial a su alrededor. Estos datos proveen
información crítica en cuanto a la longitud de excavaciones y cantidad de
materiales y recursos necesarios para efectuar las reparaciones.
Estado de corrosión del defecto: El DCVG proporciona información adicional
acerca del estado de corrosión de cada defecto. Se mencionó anteriormente que la
técnica es capaz de determinar la dirección del flujo de corriente por la tierra
cubriendo los ductos. Dado que la corrosión resulta en el flujo de corriente desde
los defectos y la protección catódica resulta en el flujo hacia los defectos, es
posible determinar individualmente el estado de corrosión de cada defecto. Esta
aplicación del DCVG resulta particularmente útil durante la detección de ánodos
galvánicos.
Influencia del defecto con respecto a interferencias eléctricas: Operadores
experimentados en el sistema de DCVG pueden realizar investigaciones de
17
interferencias eléctricas desde ductos ajenos así como hacia ductos ajenos.
Interferencias desde ductos ajenos registrarán señales anódicas en la cañería
propia. Interferencias hacia ductos ajenos registrarán señales anódicas en la
cañería ajena. El sistema de DCVG también representa una herramienta ágil para
la detección y determinación del flujo de corrientes parásitas en la tierra entre la
cañería propia y la cañería ajena.
En resumen, la técnica de DCVG cumple las siguientes funciones:
a) Detección exacta de los defectos en el revestimiento del ducto.
b) Evaluación del tamaño de los defectos.
c) Evaluación de la longitud de los defectos.
d) Evaluación del estado actual de corrosión en el acero expuesto por los defectos.
e) Detección de ánodos galvánicos.
f) Investigación de zonas con posibles interferencias eléctricas (PROTAN, 2007).
6.3.2. Procedimiento
El proceso de inspección DCVG se conforma de las siguientes etapas:
6.3.2.1. Estudio preliminar de la cañería a inspeccionar
Comprende el análisis de la ubicación y diseño de la cañería a inspeccionar; identificación
de CMP, equipos rectificadores, ERP, válvulas, derivaciones, cruces de ruta, etc
(PROTAN, 2007).
6.3.2.2. Señalización de la traza de la cañería
Se procede a señalizar la traza de la cañería con estacas ubicadas cada 30 m de distancia
utilizando un detector de cañerías (PROTAN, 2007).
6.3.2.3. Intervención de los equipos rectificadores
En esta etapa se realiza la instalación de los interruptores sincronizados por satélite
(temporizadores) sobre los equipos rectificadores que afecten la zona a inspeccionar. Los
18
ciclos de interrupción de los temporizadores conforman una relación determinada de
encendido/apagado para evitar la despolarización significante de la cañería durante el
transcurso de los estudios.
Para confirmar la sincronización de los temporizadores se utiliza un osciloscopio digital,
comparando los gráficos de onda y verificando si algún temporizador está fuera de
sincronismo en cada uno de los mojones kilométricos (PROTAN, 2007).
6.3.2.4. Inspección DCVG
Se procede a inspeccionar la cañería utilizando el Medidor de Gradientes de Potencial
DCVG. El empleo de dicho instrumento permite obtener la siguiente información:
a) Localización del epicentro de defectos en el revestimiento con una exactitud de
10cm.
b) Determinación del tamaño, forma y severidad de cada defecto.
c) Clasificación de cada defecto según el comportamiento de la corrosión,
posibilitando la identificación de aquellos defectos que no poseen suficiente
protección catódica y pueden derivar en la pérdida de metal.
d) Identificación de zonas con presencia de interferencias eléctricas a través de
aquellos defectos que están recibiendo o descargando corriente continua.
e) Identificación del origen de la corriente de Protección Catódica que actúa sobre
cada defecto, con el objetivo de determinar la posibilidad de que un defecto quede
sin protección ante el mal funcionamiento de una fuente de Protección Catódica.
f) Identificación de cañerías o estructuras de terceros que interfieren y se benefician
del sistema de Protección Catódica.
g) Determinación del estado de juntas dieléctricas.
h) Identificación de defectos ubicados en Cajas de Medida de Potenciales (CMP),
utilizadas para mediciones de potenciales con elevada frecuencia.
19
La determinación de la severidad de cada defecto se expresa mediante el porcentaje IxR. El
mismo se calcula teniendo en cuenta la relación entre la caída de potencial en la falla y un
valor tomado a distancia remota (PROTAN, 2007).
La ubicación de cada defecto queda establecida mediante sus coordenadas geográficas,
distancia progresiva parcial (desde CMP), progresiva total y profundidad. Además, se
procede a colocar una estaca sobre el punto de ubicación de cada defecto para facilitar la
identificación al momento de realizar la reparación (PROTAN, 2007).
6.3.2.5. Descarga de datos en el software
Al finalizar la jornada de trabajo de campo, se deberán exportar los datos al software
destinado al análisis de la información.
6.3.2.6. Análisis de la información relevada
Mediante el empleo del software se procede a analizar la información relevada y determinar
el estado de conservación del revestimiento.
El software permite generar gráficos que muestran la concentración de los defectos a lo
largo de la inspección. A su vez, posibilita agrupar los defectos según su condición
(Catódico – Catódico; Catódico – Anódico; Anódico – Anódico) o según su porcentaje IxR.
A través de éstos gráficos se determinan cuáles son las zonas más comprometidas y cuáles
son los defectos que deben ser reparados en lo inmediato y/o a mediano plazo.
La localización casi exacta de los defectos, su forma y estado, permite establecer programas
de reparación de los defectos con una significativa disminución de los costos de
excavación.
6.4. Long Range Ultrasonic Testing
Los ensayos con ondas de ultra sonidos de largo alcance (LRUT) es un método no
destructivo que constituye uno de los descubrimientos más importantes de las últimas
20
décadas. En algunos entornos este método se denomina también como inspección con
ondas guiadas (Guided Waves Testing). Más interés de esta técnica está en el sector de
petróleo y gas y consta en detectar y evaluar los defectos de erosión y corrosión en las
tuberías de acero.
El método que tiene el nombre Teletest es un método de ultrasonido donde las ondas
Lamba enviadas y recibicas con alcance de unas decenas de metros se emplean para
detectar defectos de tuberías. En este se usa la técnica clásica del eco que consta de enviar
un haz de onda de ultrasonido de un punto de contacto de la cabeza o sistema de cabezas y
de la recepción de la reflexión (eco) de este haz que surge a consecuencia de los cambios de
la sección transversal de la pared de los tubos por las mismas cabezas. El objetivo principal
del empleo de este método es detectar los defectos del espesor de las tuberías que se
encuentran por debajo de la capa de aislamiento lo cual tiene lugar más frecuentemente en
las instalaciones petroquímicas. El empleo real actualmente es más amplio, por ejemplo,
para las tuberías a las cuales es muy difícil acceder directamente o resulta imposible
acceder: tuberías cubiertas de tierra, situadas en compuertas, por debajo del agua o que se
encuentran en grandes alturas o bien en áreas peligrosas.
Teletest es un sistema que sirve como herramienta de medida. El objetivo de las medidas de
inspección es cubrir un 100% de la superficie inspeccionada de la tubería y la identificación
de áreas deteriorados por corrosión o erosión, por ejemplo, a consecuencia del flujo de los
medios o de las corrientes de fuga. Las zonas de tuberías identificadas como las que tienen
demasiados defectos del espesor de la pared están sometidas luego a las inspecciones
clásicas locales radiográficas o por ultrasonidos, desde luego, al sacar in situ la capa de
aislamiento. El método LRUT permite detectar los defectos tanto los que aparecen al lado
interno del tubo como al externo.
El sistema de adquisición de los datos y de la demostración y análisis de las señales es
controlado por el software instalado en el ordenador portátil. El conjunto de inspección está
compuesto por una brida elástica – anillo con módulos de las cabezas de ultrasonidos
fijados en cantidad ajustada dependiendo del diámetro del tubo, el dispositivo esencial que
genera las frecuencias necesarias y que controla la alimentación de las sondas y está dotado
21
de transductores análogos y digitales que permiten cooperar con el ordenador. Aquí
también se encuentra integrado el compresor para apretar la brida con las cabezas y las
baterías.
6.4.1. Principios de funcionamiento
Teletest emplea las ondas guiadas con baja frecuencia, algo por encima del alcance de
audibilidad. Se envían desde los transductores piezoeléctricos situados regularmente
alrededor del eje del tubo y fijados en los módulos y en el anillo – brida. Con bajas
frecuencias el empleo de los medios de enganche entre las cabezas y la superficie
inspeccionada no se requiere. Es suficiente el apriete mecánico a la superficie limpia de
metal conseguido desde la suspensión neumática localizada en el anillo que mantiene las
cabezas en una posición fija. La distancia igual entre los transductores en cada conjunto y
entre los conjuntos en el circuito del tubo permite generar y propagar la onda
circunferencial longitudinal, doblada y torcida simétricamente en ambos sentidos. Estas
ondas pasan en todo el volumen de las paredes del tubo que cumple el papel de guiar las
ondas. El tipo de la onda enviada y su formación resultan de una determinada secuencia de
los transductores inducidos. La velocidad de la propagación de la onda de placa puede
variar dependiendo de la frecuencia. El haz de onda que pasa contiene ondas de diferentes
frecuencias y se extenderá gradualmente de tal forma que los componentes de la onda de
una frecuencia inferior se moverán más despacio. Las ondas guiadas constituyen un caso
específico de la onda de placa Lamba que se mueve por la pared del tubo que constituye
guía ondas. Como la pared del tubo es claramente delimitada, el alcance de la onda guiada
en algunas condiciones puede exceder incluso los 100 metros. Hay que subrayar que estas
inspecciones se realizan en objetos que funcionan sin la necesidad de apagar o vaciar las
tuberías.
La forma de propagación de estas ondas depende de la frecuencia aplicada seleccionada
automáticamente por el software a base del conocido espesor nominal del material del tubo.
En lugares donde la onda se encuentra con la caída o el aumento de la sección transversal
entonces se refleja con la energía proporcional al cambio del espesor de la pared y vuelve a
los transductores señalando asó los cambios encontrados. La interpretación de la señal
22
permite determinar la distancia de la situación del defecto de los transductores y la
localización en el circuito así como el defecto expresado en por ciento de la sección
transversal del tubo. En caso, cuando la onda se encuentre con la soldadura circunferencial
que suele tener una sección transversal mayor que el tubo y la onda simétrica ocasiona una
señal característica visible en la pantalla. La presencia de estas soldaduras circunferenciales
de las cuales recibimos las señales características se usan para determinar la curva de la
caída de amplitud de la señal dependiendo de la distancia denominada curva DAC igual
como esto tiene lugar durante las inspecciones clásicas de ultrasonido. Esta curva
constituye la base en la cual el operador realiza la calibración básica del aparato pero
también es capaz de determinar la situación del defecto a la distancia del punto de medida o
de los de referencia a la determinación del tamaño del defecto del espesor de la pared en
relación a la sección transversal de la pared del tubo. La exactitud de la consecución y de la
documentación en el proceso de validación por las instituciones supervisoras
independientes es un 9%. Teletest permite diferenciar los tipos de las ondas longitudinales,
dobladas y torcidas lo cual constituye la base de un análisis exacto de la señal.
Los ecos de los defectos son visibles en la pantalla del ordenador tienen la misma forma
como en los análisis clásicos de ultrasonido, donde las coordenadas XY corresponden a la
amplitud y a la distancia del defecto (A-scan) con la diferencia que las distancias
actualmente son expresadas en metros y no en milímetros. El alcance de la onda guiada
actualmente son unas decenas de metros hasta unos 100 metros en ambos sentidos desde el
lugar de la fijación de las cabezas. La limitación principal del empleo completo de las
ondas guiadas es dispersar las ondas de ultrasonidos. La velocidad de esta onda depende de
su frecuencia. El problema para el dispositivo durante las medidas es la necesidad de
realizar el análisis en diferentes frecuencias al miemo tiempo para diferentes componentes
de las ondas guiadas. Por lo tanto, con el aumento de la amortización de la onda a causa,
por ejemplo, de los aislamientos bituminosos, tubos cubiertos con tierra mojada o cubiertos
de hormigón, el alcance de las inspecciones puede reducirse hasta unos metros. El sistema
Teletest tiene integrada una biblioteca de la selección de frecuencias dependiendo del
cambio de la relación del diámetro del tubo al espesor de la pared. Las soldaduras
circunferenciales generan unas señales expresas que constituyen unos índices específicos
23
para determinar las distancias de la situación de los defectos y para trazar la curva DAC
( Distance Amplitud Curve).
6.4.2. Usos
Las principales aplicaciones de la prueba ultrasónica de largo alcance (LRUT) son:
Alcantarillas por debajo de carreteras y ríos.
Tuberías energéticas
Risers
Tuberías en plataformas de perforación
Tuberías en puertos
Tuberías de refinerías
Tuberías para la industria química
Tuberías de acero inoxidables
Tubos cubiertos de tierra
Tuberías subterráneas de la red de agua
6.4.3. Ventajas
La tecnología de la prueba de ultrasónica de largo alcance tiene varias ventajas, entre las
que podemos mencionar:
Bajo coste del escaneo por ultra sonidos que cubre un 100% de la superficie del
tubo.
La posibilidad de localizar los defectos en el circuito gracias al sistema de enfocar
la onda
24
El alcance típico de la inspección son 60 metros con una posición de medida, en
condiciones ideales puede llegar hasta unos 350 metros.
Posibilidad de inspeccionar los tubos con el diámetro de 3 a 48 pulgadas
(1200mm)
Posibilidad de inspeccionar las tuberías con la temperatura hasta 125 centígrados.
La sensibilidad real del método es un 9% del defecto de la sección transversal del
tubo.
Los codos, soportes y soldaduras que se encuentran en la tubería no son ninguna
barrera para la onda guiada
El método es ideal en caso cuando es imposible el acceso a la tubería o cuesta
mucho, como, por ejemplo, aislamiento, apretaduras, tuberías subacuáticas, de
casquillos o cubiertos de tierra
7. APLICACIÒN PRÁCTICA
DEBE PRESENTAR LAS ACTIVIDADES QUE VA A DESARROLLAR PARA
ALCANZAR CADA UNO DE LOS OBJETIVOS ESPECÍFICOS EXPLICANDO
BREVEMENTE CADA ACTIVIDAD EN FORMA TEÓRICA DESTINADO A:
- ORIENTAR. ES DECIR EL LECTOR PODRÀ ENCONTRAR LA
APLIACACIÓN DE LA TECNOLOGÍA QUE ESTAMOS PLANTEANDO
- AMPLIAR. PERMITE OBTENER UN HORIZONTE AMPLIO DEL ESTUDIO Y
PUEDA EVALUAR QUE TODAS LAS
- CONDUCIR
8. MATRIZ DEL MARCO LÓGICO
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Resumen de Actividades
Indicadores Objetivamente
verificables
Medio y/o fuente de verificación
Supuesto
9. Metodologías y Herramientas
9.1. Metodología
Método deductovi. Conduce de lo general a lo particular
Método inductivo. De lo particular a lo general
Analítico. Separación de lo material o mental del objeto de la investigación para descubrir
característica de Objeto de investigar.
Sintético. Es la integración de lo material o mental con los elementos y permite fijar rasgos
principales
Abstracto. Es el aislamiento mental de las propiedades del objeto investigado a través de un
idioma.
Lógico
Modelación. Reproducción Natural o Artificial de un objeto para estudiar sus
particularidades.
Observación. Obtener información de la realidad de forma visual
Medición. Es la observación cuantitativa que representa la información en forma numérica
Diseño;
26
Experimental. Cuando no existe comprobación del hecho, es decir, no existe ciencia y
nosotros planteamos una nueva lógica
No experimental
9.2. Herramientas
Entrevistas
Cuestionarios
Observación
10. Alcances y aportes
10.1. Alcance temático
En forma puntual los temas de la industria que abarcará
10.2. Alcance geográfico
Ubicación del lugar a aplicar el proyecto
10.3. Alcance temporal
Cuanto tiempo tarda el proyecto.
10.4. Aportes
Lo que se va a aportar
11. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
DIAGRAMA DE GANTT
12. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
27
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través de un Enfoque Geográfico". Buenos Aires, Argentina.
CONGRESO NACIONAL DE LA REPÚBLICA DE BOLIVIA. (17 de Mayo de 2005).
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Instalaciones Internas. Decreto Supremo Nº28291. La Paz, Bolivia: Gaceta Oficial
de Bolivia.
CONSEJO DE MINISTROS DE LA REPÚBLICA DE BOLIVIA. (11 de Agosto de 2005).
Reglamento de Distribución de Gas Natural por Redes. Decreto Supremo Nº28291.
La Paz, Bolivia: Gaceta Oficial de Bolivia.
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28
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YPFB CORPORACIÓN. (2011). Memoria Anual de la Genrencia Nacional de Redes de
Gas y Ductos. La Paz, Bolivia.
29