informe de corriente impresa
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8/15/2019 informe de corriente impresa
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Objetivo
Aplicar técnicas de protección contra la corrosión por protección catódica por
corriente impresa aplicado a un oleoducto subterráneo y conseguir coste
superfcial de la instalación de la protección, también agregar a la
explicación los distintos métodos de protección contra la corrosión y las
ormas en cómo se manifesta la corrosión.
Alcances
Se ha contado las literaturas de tres tesis de grado fundamentalmente, también se
pudo realizar consultas al laboratorio de corrosión de la facultad de ingeniera química
de la Universidad Nacional de Ingeniera, se contó con literaturas de la biblioteca de la
facultad de ingeniería química y así como también de diversas pginas !eb que se
precisaran en la bibliografía"
Limitaciones
#amentablemente no se ha podido llevar a la e$perimentación un peque%o modelo de
esta protección, pero lo aprendido en esta monografía por el autor ha motivado a un
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profundo interés por el tema, que desea en el futuro realizar alguna e$periencia con la
protección catódica por corriente impresa"
CAPITULO 1
FUNDAMENTOS DE LA CORROSIÓN
#a corrosión puede definirse como el deterioro de los materiales pero es ms popular
aun& por el deterioro químico 'corrosión seca( o electroquímico 'corrosión h)meda( de
los materiales metlicos, que son de uso imprescindible en cualquier lugar del mundo
por sus buenas propiedades mecnicas" #a corrosión seca implica la reacción del
metal con un medio no iónico y se presenta a elevadas temperaturas, la segunda, la
corrosión electroquímica también llamada corrosión h)meda involucra en forma
simultanea un transporte de electricidad a través de un electrolito, generando una
disminución espontanea en la energía de la celda o pila de corrosión en soluciones
salinas como el agua de mar, en soluciones acidas, corrosión en suelos y entre otras"
*n cualquiera de los casos se presenta una transformación del metal a su forma nativa
como mineral" #a corrosión en sentido ms amplio es un fenómeno natural, por medio
del cual los sistemas químicos e$presan su tendencia hacia un estado de equilibrio
estable"
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#a corrosión a partir del siglo ++ ha sido tomada con mayor atención debido a que la
generación de herrumbre, producto de la corrosión del acero, genera debilitamientos
en estructuras como puentes soportados por vigas metlicas con lo cual la vida de
estas estructuras se ve disminuida por el deterioro causado por la corrosión"
se menciona a la herrumbre como resultado de la interacción química del acero con
el ambiente, ya que, es el metal ms usado en el mundo es decir el acero que es
siempre en ms de la mitad de su composición hierro" la disminución de la vida
aprovechable de alguna estructura, embarcación, automóvil, tubería o cualquier arreglo
metlico que tenga un uso e$puesto al ambiente se traduce en mayores gastos para
renovar o corregir las variaciones producidas por la corrosión, he ahí donde se presta
mayor atención a este proceso inevitable de los metales, que genera gastos en
mantenimiento" #os metales que tiende a corroerse con mayor rapidez y facilidad son
los que son sometidos a mayores procesos de cambio para conseguir su pureza o al
menos para conseguir su estado final, ya que cuando se encuentra en la naturaleza se
encuentra en sus estados ms estables y al someterlos a procesos de cambios se
causa en ellos inestabilidad lo que hace tender que vuelvan a su estado inicial de
estabilidad como estuvieron antes de ser e$traídos en procesados, como se le
encuentra en la naturaleza"
11 Pe!j"icios econ#micos $e la co!!osi#n
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*n términos económicos en el -er) no se cuenta con estadísticas que refle.en los
gastos ocasionados por corrosión, pero para que se tenga una idea apro$imada se
presentara los gastos que genera la corrosión al gobierno de los *stados Unidos en
una publicación del a%o /00/, esta publicación manifiesta los costos anuales en
pérdidas por corrosión en la infraestructuras ascienden a US1 /23 000 millones de
dólares por a%o, esta cantidad representó el 4"35 del -6I en a%o /00/ en los **"UU"
*ste estudio en esta publicación también agrego que si se desarrollaran técnicas y
me.or uso de los conocimientos que los hechos hasta ese momento se podría lograr un
ahorro entre el /7 y 40 5 es decir se podría ahorrar anualmente en 20 a 80 mil
millones de dólares con el uso eficaz de técnicas de protección"
1% Mecanismos $e la co!!osi#n elect!o&"'mica
#a corrosión electroquímica, es la forma ms com)n de ataque de los metales, y ocurre
cuando los tomos del metal pierden electrones y se convierten en iones" 9onforme se
consume gradualmente el metal, se forma un subproducto de la corrosión que en el
caso de los aceros y materiales férricos es herrumbre"
#a corrosión electroquímica ocurre con mayor frecuencia en un medio acuoso, donde
estén presentes iones en el agua o en el aire h)medo" *n este proceso se crea un
circuito eléctrico y el sistema se conoce como una celda electroquímica"
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*n los procesos de corrosión electroquímica de los metales se tiene simultneamente
un paso de electrones libres entre los espacios anódicos y catódicos vecinos,
separados entre sí, seg)n el esquema siguiente:
;enómeno anódico: *d< *c
;enómeno catódico: *c/ = n e> *d/
#o que entra%a una corriente electrónica a través de la superficie límite de las fases" *n
el proceso anódico, el dador de electrones, *d
Reacci#n cat#$ica:
A/ = /?/A = @e> @A?>
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-or supuesto que e$isten diferentes reacciones anódicas y catódicas para los
diferentes tipos de aleaciones e$puestas en distintos medios"
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#
%1 Po! selecci#n $e mate!iales
#a selección de los materiales que vayamos a usar ser factor decisivo en el control de
la corrosión a continuación se enunciaran algunas reglas generales para la selección
de materiales:
• -ara condiciones no o$idantes o reductoras tales como cidos y soluciones
acuosas libres de aire, se utilizan frecuentemente aleaciones de Ni y 9r"
• -ara condiciones o$idantes se usan aleaciones que contengan 9r"
• -ara condiciones altamente o$idantes se aconse.a la utilización de Ci y
• #os elementos cermicos poseen buena resistencia a la corrosión y a las altas
temperaturas pero son quebradizos, su utilización se restringe a procesos queno incluyan riesgos"
%% Po! !ec"b!imientos
Se utilizan recubrimientos metlicos, inorgnicos y orgnicos en la aplicación de
recubrimientos para prevenir o reducir su proceso de corrosión"
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Rec"b!imientos met(licos
*ste recubrimiento difiere del metal a recubrir y se aplican en finas capas para separar
el metal del ambiente corrosivo, estos recubrimientos se aplican a veces de forma que
sirvan de nodo de sacrificio y este se corroa en lugar del metal que recubre" 9omo se
realiza en recubrimiento por cinc sobre el acero 'galvanizado("
Duchos componentes metlicos se protegen por electrodeposición, este proceso la
parte que va a ser recubierta constituye el ctodo de una celda electrolítica donde el
electrolito se constituye de una disolución de una sal del metal a ser recubierto" *sto no
sucede en el caso de un cobreado si es que se va a recubrir una pieza con
composición de hierro ya que el cobre es ms noble que el acero y tiene un
comportamiento catódico frente a los compuestos de hierro" Cambién se aplica por
laminación algunas veces una delgada capa de recubrimiento a favor de proteger de la
corrosión"
Rec"b!imientos ino!)(nicos
*n algunos casos es necesario hacer recubrimientos con material inorgnico, los mas
usados son el vidrio y los cermicos, estos recubrimientos proporcionan acabados
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tersos y duraderos" Eunque si se e$pone un peque%o lugar anódico se e$perimenta
una corrosión rpida pero fcil de localizar"
Rec"b!imientos o!)(nicos
*l uso de pinturas, lacas, barnices y muchos materiales orgnicos poliméricos han
dado muy buen resultado como protección contra la corrosión" *stos materiales
proveen barreras finas tenaces y duraderas para proteger el sustrato metlico de
medios corrosivos" *l uso de capas orgnicas protege ms el metal de la corrosión que
muchos otros métodos" Eunque debe escogerse muy bien, ya que hay procesos que
incluyen tratamientos con alcoholes que en alg)n momento pueden disolver los
materiales orgnicos"
%* Dise+o
*ste es un método muy efectivo para el control de la corrosión, ya que si hacemos un
buen dise%o y una buena planeación podemos evitar dicho fenómeno, a continuación
se enumeraran algunas reglas generales que se deben seguir:
• Se debe tener en cuenta la acción penetrante de la corrosión .unto con los
requerimientos de la fuerza mecnica cuando se considere el espesor del metal
utilizado" *sto se utiliza para tuberías y tanques que contengan líquidos"
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• Son preferibles los recipientes soldados que los remachados para reducir la
corrosión por grieta
• Se deben usar preferiblemente metales galvnicamente similares para prevenir
para prevenir la corrosión galvnica" Si se atornillan metales no similares
galvnicamente se deben usar arandelas no metlicas para eliminar contactos
eléctricos entre los materiales"
•
*s preciso evitar tensión e$cesiva y concentraciones de tensión en entornoscorrosivos, para prevenir la ruptura por corrosión por esfuerzos, especialmente
en aceros ino$idables, latones y otros materiales susceptibles a este tipo de
corrosión"
• Se deben evitar recodos agudos en sistemas de tuberías por donde circulan
fluidos" *n estas reas donde cambia la dirección del fluido bruscamente se
potencia la corrosión por erosión"
• Se deben dise%ar los tanques y recipientes de una manera que sean fciles de
limpiar y desaguar, ya que el estancamiento de sustancias corrosivas provoca
la aparición de celdas por concentración"
• Se debe hacer un dise%o eficiente de aquellas piezas que se espera queden
inservibles en poco tiempo, para que sean fciles de reemplazar"
• *s importante también dise%ar sistemas de calefacción que no den lugar a
zonas puntuales calientes, los cambios de calor ocasionan corrosión"
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%, P!otecci#n an#$ica - cat#$ica
#a protección catódica ocurre cuando un metal es forzado a ser el ctodo de la celda
corrosiva adhiriéndole 'acoplndolo o recubriéndolo( de un metal que se corroa ms
fcilmente que él, de forma tal que esa capa recubridora de metal se corroa antes que
el metal que est siendo protegido y así se evite la reacción corrosiva" Una forma
conocida de -rotección 9atódica es la galvanización, que consiste en cubrir un metal
con cinc para que éste se corroa primero" #o que se hace es convertir al cinc en
un nodo de sacrificio, porque él ha de corroerse antes que la pieza metlica protegida"
-or otro lado, la protección anódica es un método similar que consiste en recubrir el
metal con una fina capa de ó$ido para que no se corroa" *$isten metales como el
Eluminio que al contacto con el aire son capaces de generar espontneamente esta
capa de ó$ido y por lo tanto, se hacen resistentes a la corrosión" E)n así, la capa de
ó$ido que recubre al metal no puede ser cualquiera" Ciene que ser adherente y muy
firme, ya que de lo contrario no serviría para nada" -or e.emplo, el ó$ido de hierro no
es capaz de proteger al hierro, porque no se adquiere a él en la forma requerida
%. Cont!ol $el me$io
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#as condiciones ambientales son muy importantes para el control de corrosión, algunos
métodos usados son:
• 6a.ando la temperatura se consigue disminuir la velocidad de reacción, por
ende se disminuye el riego de corrosión"
• Bisminuyendo la velocidad de un fluido corrosivo se reduce la corrosión por
erosión" Sin embargo, para metales y aleaciones que se pasivan, es ms
importante evitar las disoluciones estancadas"
• *liminar el o$ígeno de las soluciones acuosas reduce la corrosión
especialmente en las calderas de agua"
• #a reducción de la concentración de iones corrosivos en una solución que esta
corroyendo un metal puede hacer que disminuya la velocidad de corrosión, se
utiliza principalmente en aceros ino$idables"
#a adición de inhibidores que son principalmente catalizadores de retardo disminuye
las probabilidades de corrosión" #os inhibidores son de varios tipos: los inhibidores de
absorción que forman una película protectora, los inhibidores barrenderos que eliminan
o$ígeno" *n general, los inhibidores son agentes químicos, a%adidos a la solución de
electrolito, emigran preferentemente hacia la superficie del nodo o del ctodo y
producen una polarización por concentración o por resistencia"
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CAPITULO *
FUNDAMENTOS DE LA PROTECCION CATODICA POR CORRIENTE IMPRESA
Siendo la corrosión electroquímica la ms frecuente, la protección catódica se logra
suministrando electrones a la estructura ligada con un flu.o de corriente eléctrica" -or lo
ya e$puesto la corrosión electroquímica es producto del flu.o de electrones de la zona
anódica a la catódica en presencia de un electrolito por tanto, si convertimos de alguna
manera la estructura metlica en un ctodo, entonces, garantizaríamos su inmunidad
frente la corrosión" *n esto se fundamenta la protección catódica, e$isten dos formas
de protección catódica& una es la protección catódica por nodos de sacrifico y la otra
por corriente impresa, que es el tema central en esta monografía"
*1 P!otecci#n cat#$ica /o! (no$os $e sac!i0icio
*sta protección anticorrosiva consiste en utilizar un elemento metlico con menor
potencial de reducción en contacto eléctrico en presencia del electrolito que contiene a
la estructura metlica o aleación" -ara garantizar la protección de una aleación se debe
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escoger un nodo con un potencial menor de reducción que el de menor potencial de
los metales aleados"
*sta protección tiene algunas deficiencias, ya que, el consumo del nodo de protección
reduce el suministro de electrones a la estructura, esto quiere decir que, si no se tiene
estas previsiones en los clculos podría esta reducción del flu.o de electrones provocar
zonas desprotegidas de la, estructura metlica, otro inconveniente es que la corriente
suministrada a la estructura es limitada por la cantidad de nodos y el consumo de
estos nodos es elevado en estructuras sin revestimientos"
-ero se oponen ciertas venta.as, una de ellas es que no se necesita de una persona
con mucha e$periencia para instalar esta protección, y que genera un ba.o costo de
mantenimiento"
*% P!otecci#n cat#$ica /o! co!!iente im/!esa
*sta protección, que ser la protagonista de esta monografía, es la que garantiza una
completa protección a la estructura frente a la corrosión por ser una protección
catódica lo que realiza es convertir a toda la estructura en una zona catódica de la
misma forma que lo realizan los nodos de sacrificio, con la diferencia de que habr de
por medio un suministrador de volta.e y corriente continua y con esta fuente ya no es
menester que los nodos protectores tengan un potencial menor, incluso, podrían
operar como nodos arreglos del mismo metal sin uso o chatarra"
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-ara llevar a cabo la instalación de protección anticorrosiva hay que obtener
información acerca del electrolito y de las capacidades de los electrodos y del resto de
equipo a utilizar así que resulta un poco ms comple.a la instalación de un sistema de
protección por corriente continua que simplemente uno de nodos de sacrificio"
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CAPITULO ,
ESPECIFICACIONES T2CNICAS DE E3UIPOS 4 5ERRAMIENTAS
*n la instalación de la protección por corriente impresa se utilizaron equipos y
herramientas que describiremos y a%adiremos fichas técnicas:
,1 6no$o $e Fe!!osilicio ti/o SM
#os nodos de ;eFSi and ;eFSiF9r tienen la venta.a sobre los de grafito de que admiten
una mayor densidad de corriente, y tienen mayor peso específico, es decir mayor peso
comparando con los de grafito de las mismas dimensiones, lo cual era una venta.a
debido a que con los nodos de grafito, si querían largas duraciones, había que instalar
muchos" 9uando el medio electrolítico en el que se van a instalar tiene alto contenido
en cloruros los nodos deben llevar un peque%o contenido de cromo en la aleación,
que me.ora su comportamiento en estos medios"
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1#
Com/osici#n $e "n (no$o $e 0e!!osilicio *789:;7
*lemento -orcenta.e
9arbón '9( 0,20 G
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,% Cables A, - A 1%
-or recomendación de los fabricantes se debe usar un cable con una admisión de
corriente mayor en un /7 5 de lo necesitado en los clculos:
*n la cone$ión de los rectificadores a los tramos de tubería circulara una corriente de
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,* Recti0ica$o! $e la 0i!ma C?ina @Platin) Mac?ine
-lating Dachine > -lating rectifier /0>70&
Ambient tem/e!at"!e >40>37&
Ambient ?"mi$it- H05
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CAPITULO .
PROCEDIMIENTO DE INSTALACIÓN
Entes de la instalación se deben realizar algunas mediciones y clculos, del medio
agresivo que rodea la estructura, en este caso, sern los suelos por donde van a pasar
los oleoductos enterradas" *l suelo es un medio heterogéneo con multitud de
microporos rellenos de aire y humedad" *$iste desde suelos arenosos con partículas
gruesas '0"02 mm > / mm( hasta suelos arcillosos con tama%os de partículas inferiores
a 0"02 mm, los suelos arenosos por lo general son suelos aeriados y secos, de alta
resistividad y poco agresivos" -or el contrario los arcillosos son h)medos, conductores
y agresivos, desde el punto de vista de la corrosión" #a compactación del suelo luego
de rellenar las zan.as donde son colocadas las tuberías, la cantidad de sales y
concentración de co/ también influyen en la agresividad del suelo en cuestión a la
corrosión y generación del electrolito"
Seg)n *nrique Atero en su libro W9orrosión y degradación de materialesX:
“La humedad del terreno, junto con su contenido en sales, determina, básicamente susresistividad y su nivel de agresividad. Los suelos húmedos y conductores son más
agresivos que los secos y resistivos.”
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'Segunda edición, capitulo
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#os dos e$teriores, conocidos como electrodos de corriente se conectan a un fuente de
energía eléctrica en serie con un amperímetro, para poder conocer la intensidad de
corriente en amperios 'I(" en consecuencia del paso de corriente entre los electrodos
de corriente se genera un campo eléctrico, de manera que los dos electrodos
intermedios, conocidos como electrodos de potencial, se situaran sobre distintas líneas
equipotenciales del campo adquiriendo distinto potencial, la diferencia de potencial
'[*( medida por el milivoltímetro se e$presa en voltios" Bisponiendo de la distancia WdX
de la corriente WIX y de la diferencia de potencial W[*X, podremos calcular el valor de la
resistividad '( a partir de la siguiente ecuación:
δ =2π × ∆ E × d
I
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-ara nuestra instalación consideraremos un valor de 40 Z"cm, considerado una
resistividad muy corrosiva, este es un valor referencial, ya que la resistividad a los largo
de muchos Lilómetros aumentara o disminuir seg)n las condiciones del suelo"
.% Densi$a$ $e co!!iente
-ara garantizar la protección de los oleoductos y en general de las estructuras que
deseemos proteger con el método de protección catódica, debemos conocer adems
de la resistividad de los suelos la densidad de corriente mínima del metal que
deseemos proteger, para nuestra monografía no usaremos un valor hallado
empíricamente, ms bien, nos remitiremos a la tablas encontradas en las literaturas"
\ue lo obtenemos de la tabla 7"/ del te$to Wcontrol de la corrosión G estudia y medida
por técnicas electroquímicasX de Qonzales ;ernndez"
#a densidad de corriente depende adems del medio donde estar inmerso del uso y
de los esfuerzos a los que estar sometido el metal o estructura"
Abteniendo los datos anteriores podemos obtener tanto la cantidad de corriente
necesaria para proteger todo el oleoducto como la tensión para originar esta
protección, ya que, finalmente lo que se desea realizar un circuito teniendo como
resistencia al medio circundante" -ara estos clculos usaremos las siguientes fórmulas
y se realizó los clculos para proteger el oleoducto ramal norte del oleoducto
norperuano que e$trae petróleo de la zona de Endoas en la región #oreto, la
disposición del recorrido se ad.unta en el ane$o
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.* 0#!m"las
• 9orriente total de protección 'E(: I =Sx I c
• N)mero de ]nodos:
N = I
I a x Sa
• -eso de ]nodos'g(:W = Nx W s
• Kida )til de los ]nodos'a%os(:
V u=
W x U
I x C a
• Tesistencia de un ]nodo 'ohm(: H
2¿¿
¿2+ L2
(¿ ¿ L−1¿¿)
√ ¿
(4 L
2+4 l√ (2 H )2+ L2
d x H x2
)+2 x H
L −¿
ln¿
Ra=0.017 x ρ
L x¿
• Tesistencia de N nodos 'ohm( paralelo:
Rn= Ra
N
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.. Res"lta$os obteni$os
• 9orriente total de protección 'E(: I =18017.38559≈ 18018 Amp
• N)mero de ]nodos: N =1625.87≈1626unidades
• -eso de ]nodos'g(:W =79007.6 K
• Kida )til de los ]nodos'a%os(:V u=18.627226869 a!"s≈18a!"s
• Tesistencia de un ]nodo G electrolito 'ohm(: Ra=0.012150798#
• Tesistencia de N nodos 'ohm( paralelo:
Rn=7.47282 x10−6
#
.: Instalaci#n $e !ecti0ica$o!es - (no$os $e /!otecci#n
Se utilizaran en total
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superior enterrada
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R$c 4=0.00163016 #
• Intensidad de corriente que circula
I =100 Amp
• Biferencia de potencial oleoducto G cable EPQ R
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• Tesistencia de un cable EPQ R
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V =V 1+V 2=0.4294952 & ≈0.5&
tabla .2
densidad de corriente :*; para la protección catódica del 6ierro y del aceroen 5ariadas condiciones de ser5icio
tipo de
estructura medio condiciones
D.C.
mA/m2
buuu
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agua demar
acero desnudo %71%%
acero re5estido %.2
6ormigónde defciente calidad 4mediocre 2
de buena calidad %.471
terrenos
aireado y seco 1"anaeróbico con bacteriassulurreductoras
4%
anaeróbico sin bacterias suelo neutro estéril 1"suelo 6@medo 2#7!!
suelo muy acido !71"%acero pintado %.17%.2acero recubierto con bitumen y fbrade 5idrio
%.%1
cambiador decalor
agua dulcealta 5elocidad de uBo
1
calentador deagua
agua dulcedierentes dureas
3%7!%
tan
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8os costos de la instalación se 6an lle5ado a cabo consultando a
distribuidoras por medio de sus páginas Deb y centrales teleónicas.
'on costos reerenciales, no tienen muc6a precisión pero ayudan a darnos
una idea del costo real.
8os costos se encuentran en la tabla !.1. E el resumen incluyendo el análisis
de resisti5idad e instalación en la tabla !.2.
Fstos costos son para la primera
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CAPITULO
FÓRMULA POLINÓMICA
*l presupuesto fue hecho para la primera quincena del mes de .unio del /0
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3!
')= ')+ 'a+ 's+ '$
-recio de nodos y soldadura se incluir en precio del rectificador
-or lo tanto:
es igual:
K =a ')(
')"+* 'c(
'c"+c AI(
AI"+d ++(
++"+e U(
U"
Bonde:
a=0.055
*=0.627
c=0.152
d=0.083
e=0.083
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3"
OHSERBACIONES
• 'e 6a utiliado un 5alor contante de resisti5idad en todo el recorrido
de las tuber?as, obtenido de las literaturas y en un suelo 6@medo
correspondiente a los suelos de la sel5a peruana, seg@n la tabla .2.
• 8os costos se obtu5ieron a tra5és de las páginas Deb de algunas
distribuidoras y consultando por 5?a teleónica a algunas empresas.
• Go se consideran gastos de en5?os en los e
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3#
5ariar los ni5eles de corriente y de tensión en los rectifcadores de
corriente eléctrica,
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3$
RECOMENDACIONES
• Utilizar métodos para prolongar la vida de los nodos de ferrosilicio"
• Utilizar un sistema de automatización de los sistemas de control de corriente y
volta.e"
• Tealizar un cheque cada mes"
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4%
ANEOS
Ane9o 1
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Ane9o %
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Ane9o *
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Ane9o ,
Kista de canto de la
instalación de losnodos y rectificador"
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Ane9o .
Kista de la disposición de los nodos en el centro de un tramo de
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HIHLIO=RAFJA
-ginas !eb:
proteccioncatodica.mx
Bistribuidora de nodos de ferrosilico"
sodimac.com.pe
Bistribuidora de cables"
forosdeelectronica.com
Cablas con especificaciones para calibres de cables"
dtsimexico.com
;ichas técnicas de los nodos de ferrosilicio"
platingmachines.com
Bistribuidora china de los equipos rectificadores de corriente y de fichas técnicas"
-
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