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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERA EN GEOLOGA,

MINAS, PETRLEOS Y AMBIENTAL

INGENIERA DE PETRLEOS

PREVENCIN DE LA CORROSIN EN TUBERAS A TRAVS

DE LA PROTECCIN CATDICA

QUMICA II

Integrantes: Profesora: Dra. Silvia Amada Buitrn

Fecha: 19/02/2015

David Herrera Tatiana Jaramillo Andrs Loja Bryan Salazar Carlos Snchez

Perodo: Octubre 2014- Marzo 2015

INTRODUCCIN

Este trabajo tiene como finalidad ampliar los conocimientos tericos que se imparten en

la ctedra de Qumica II, mediante la investigacin bibliogrfica y experimental de

proteccin catdica en tuberas.

La corrosin en tuberas de transporte de hidrocarburos es un tema transcendente dentro

de la carrera de Ingeniera de Petrleos, en vista de los efectos indeseables que la

corrosin deja como: perdidas econmicas por la perforacin de las tuberas, mezclas de

residuos de corrosin en el crudo e inversin en mantenimiento constantes de las

mismas.

Se plantea como una solucin tcnica en contra de este fenmeno natural que afecta a

las tuberas de transporte de crudo la utilizacin de proteccin catdica.

El trabajo consta de un primer captulo que determina el anlisis investigativo en

funcin de la viabilidad, planteamiento de objetivos y alcances de los mismos, as como

tambin el problema a ser abordado; el segundo captulo considera la informacin

cientfica, los factores tcnicos y fundamentacin terica a ser aplicada; el tercer

captulo describe el diseo metodolgico, as como la seleccin y adquisicin de

2

materiales para la construccin del prototipo; el cuarto captulo se centra en el anlisis y

desarrollo de la propuesta en s, determinando todos los procedimientos tcnicos,

cientficos y matemticos que dan soporte a la misma.

Finalmente el desarrollo investigativo permite generar las respectivas conclusiones y

recomendaciones, consideradas relevantes para el avance investigativo de futuros

lectores.

CAPTULO I: EL PROBLEMA

1.1. Planteamiento del problema

Debido a las dificultas alcanzadas en el proceso de aprendizaje de la asignatura de

qumica se busca generar el entusiasmo y motivacin hacia el estudio de la misma, por

parte de los alumnos por lo que es necesario considerar distintas alternativas

metodolgicas para lograr fundamentar los conocimientos. Dentro de estas alternativas

se ha considerado el desarrollo de distintos proyectos que permitan poner en prctica los

conocimientos adquiridos en el aula as como tambin ampliar los mismos mediante la

investigacin autnoma y a la vez generen soluciones reales orientadas a la

problemtica profesional de la carrera.

1.2. Formulacin Del Problema

Ser que realizando el proyecto prevencin de la corrosin en tuberas a travs de la

proteccin catdica se aprende a investigar?

1.3. Objetivos

1.3.1. Objetivo General

Incentivar a los estudiantes en los procesos de anlisis, sntesis de la signatura de

Qumica mediante un trabajo investigativo que permita dar solucin a determinado

problema como es la corrosin en las tuberas de transporte de petrleo mediante la

aplicacin de proteccin catdica.

1.3.2. Objetivos Especficos

Aprender a investigar

3

Investigar la fundamentacin terica as como los mtodos de proteccin

catdica.

Realizar las pruebas respectivas de funcionamiento del prototipo.

Socializar los resultados obtenidos

1.4. Justificacin e Importancia

Este proyecto se realizar con la finalidad de tener conocimientos de Electroqumica,

aplicando la prctica del funcionamiento de los fenmenos qumicos que se producen en

las tuberas, de manera que sirva para motivar a los estudiantes a desarrollar una

investigacin apropiada, lo que compromete a los alumnos a sintetizar y analizar de una

manera lgica.

1.5. Accesibilidad y Factibilidad

La realizacin del proyecto es viable debido a que se cuenta con el presupuesto, ya que

este es accesible a la economa de los estudiantes.

El tiempo necesario para efectuar la investigacin y realizar la campaa de informacin

es un lapso de cuatro meses, el cual se considera prudente para su desarrollo. Se cuenta

con el suficiente material de apoyo, como son proyectos anteriores relacionados al tema,

informacin existente en la Biblioteca de la FIGEMPA y en Bibliotecas relacionadas a

la facultad.

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CAPTULO II: FUNDAMENTACIN DEL PROYECTO

2.1. INVESTIGACIN CIENTFICA

La investigacin es un proceso que, mediante la aplicacin del mtodo cientfico,

procura obtener informacin relevante y fidedigna (digna de fe y crdito), para entender,

verificar, corregir o aplicar el conocimiento.

Para obtener algn resultado de manera clara y precisa es necesario aplicar algn tipo de

investigacin, la investigacin est muy ligada a los seres humanos, esta posee una serie

de pasos para lograr el objetivo planteado o para llegar a la informacin solicitada. La

investigacin tiene como base el mtodo cientfico y este es el mtodo de estudio

sistemtico de la naturaleza que incluye las tcnicas de observacin, reglas para el

razonamiento y la prediccin, ideas sobre la experimentacin planificada y los modos

de comunicar los resultados experimentales y tericos.

Adems, la investigacin posee una serie de caractersticas que ayudan al investigador a

regirse de manera eficaz en la misma. La investigacin es tan compacta que posee

formas, elementos, procesos, diferentes tipos, entre otros.

2.1.1. TIPOS DE INVESTIGACIN:

Puede clasificarse en cuatro tipos principales:

Estudios Exploratorios: Tambin conocido como estudio piloto, son aquellos que se

investigan por primera vez o son estudios muy pocos investigados. Tambin se emplean

para identificar una problemtica.

Estudios Descriptivos: Describen los hechos como son observados.

Estudios Correlacionales: Estudian las relaciones entre variables dependientes e

independientes, sea se estudia la correlacin entre dos variables.

Estudios Explicativos: Este tipo de estudio busca el porqu de los hechos, estableciendo

relaciones de causa- efecto.

2.2. FUNDAMENTO LEGAL

Segn se establece en La Ley Orgnica de la Educacin Superior en el Art. 8.- Sern

Fines de la Educacin Superior, literales:

d) Formar acadmicos y profesionales responsables, con conciencia tica y solidaria, capaces de contribuir al desarrollo de las instituciones de la Repblica, a la vigencia del

orden democrtico, y a estimular la participacin social.

f) Fomentar y ejecutar programas de investigacin de carcter cientfico, tecnolgico y pedaggico que coadyuven al mejoramiento y proteccin del ambiente y promuevan el

desarrollo sustentable nacional.

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h)Contribuir en el desarrollo local y nacional de manera permanente a travs del trabajo comunitario o extensin universitaria.

Bajo esta dictaminacin para la educacin superior, se establece en el estatuto actual de

la Universidad Central del Ecuador:

Art. 193.- De las Obligaciones de los Estudiantes, Nm. 2 dice: Participar creativamente y cumplir las tareas acadmicas de investigacin y vinculacin con la

sociedad, que le sean asignadas por los docentes y las autoridades.

En este mbito, como estudiantes de la Facultad de Ingeniera en Geologa, Minas,

Petrleos y Ambiental, se ha buscado desarrollar un proyecto de investigacin cientfica

referente a la carrera de ingeniera en petrleos.

Se desarroll el tema: proteccin catdica en tuberas, que trata de proteccin en las tuberas usando medios al alcance del entorno ambiental y as aplicarlo a futuro como

proyecto gua en la proteccin de oleoductos entre otros mecanismos de trasporte;

adems de crecimiento intelectual como estudiantes de la carrera.

2.3 FUNDAMENTACION TERICA

2.3.1. La corrosin

Cuando se deja un metal en interaccin directa con el medio que lo rodea, a esto se lo

conoce como corrosin siempre y cuando se produzca un deterioro en sus propiedades

tanto fsicas como qumicas. Para que se de este proceso se requiere de un electrolito y

que se desarrolle as en una regin especifica del material, llamadas estas andicas y

catdicas: una reaccin de oxidacin es una reaccin andica, en la cual los electrones

son liberados dirigindose a otras regiones catdicas.

En la regin andica se producir la disolucin del metal (corrosin) y,

consecuentemente en la regin catdica la inmunidad del metal.

Los enlaces metlicos tienden a convertirse en enlaces inicos, los favorece que el

material puede en cierto momento transferir y recibir electrones, creando zonas

catdicas y zonas andicas en su estructura. La velocidad a que un material se corroe es

lenta y continua todo dependiendo del ambiente donde se encuentre, a medida que pasa

el tiempo se va creando una capa fina de material en la superficie, que van formndose

inicialmente como manchas hasta que llegan a aparecer imperfecciones en la superficie

del metal.

Este mecanismo que es analizado desde un punto de vista termodinmico

electroqumico, indica que el metal tiende a retornar al estado primitivo o de mnima

energa, siendo la corrosin por lo tanto la causante de grandes perjuicios econmicos

en instalaciones enterradas. Por esta razn, es necesario la oportuna utilizacin de la

tcnica de proteccin catdica.

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Corrosin en una tubera de trasporte de petrleo

Fuente:www.areacucuta.com

Se designa qumicamente corrosin por suelos, a los procesos de degradacin que son

observados en estructuras enterradas. La intensidad depender de varios factores tales

como el contenido de humedad, composicin qumica, pH del suelo, etc. En la prctica

suele utilizarse comnmente el valor de la resistividad elctrica del suelo como ndice

de su agresividad; por ejemplo un terreno muy agresivo, caracterizado por presencia de

iones tales como cloruros, tendr resistividades bajas, por la alta facilidad de

transportacin inica.

La proteccin catdica es un mtodo electroqumico cada vez ms utilizado hoy en da,

el cual aprovecha el mismo principio electroqumico de la corrosin, transportando un

gran ctodo a una estructura metlica, ya sea que se encuentre enterrada o sumergida.

Para este fin ser necesaria la utilizacin de fuentes de energa externa mediante

el empleo de nodos galvnicos, que difunden la corriente suministrada por un

transformador-rectificador de corriente.

El mecanismo, consecuentemente implicar una migracin de electrones hacia el metal

a proteger, los mismos que viajarn desde nodos externos que estarn ubicados en

sitios plenamente identificados, cumpliendo as su funcin

A est proteccin se debe agregar la ofrecida por los revestimientos, como por ejemplo

las pinturas, casi la totalidad de los revestimientos utilizados en instalaciones enterradas,

areas o sumergidas, son pinturas industriales de origen orgnico, pues el diseo

mediante nodo galvnico requiere del clculo de algunos parmetros, que son

importantes para proteger estos materiales, como son: la corriente elctrica de

proteccin necesaria, la resistividad elctrica del medio electrlito, la densidad de

corriente, el nmero de nodos y la resistencia elctrica que finalmente ejercen

influencia en los resultados

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Proteccin catdica aplicada a oleoducto

Fuente:www.wwiprocat.com

2.3.2. Tipos de corrosin.

Se clasifican de acuerdo a la apariencia del metal corrodo, dentro de las mas comunes

estn:

1. Corrosin uniforme: Donde la corrosin qumica o electroqumica acta

uniformemente sobre toda la superficie del metal.

2. Corrosin galvnica: Ocurre cuando metales diferentes se encuentran en

contacto, ambos metales poseen potenciales elctricos diferentes lo cual

favorece la aparicin de un metal como nodo y otro como ctodo, a mayor

diferencia de potencial el material con ms activo ser el nodo.

3. Corrosin por picaduras: Aqu se producen hoyos o agujeros por agentes

qumicos.

4. Corrosin intergranular: Es la que se encuentra localizada en los lmites de

grano, esto origina prdidas en la resistencia que desintegran los bordes de los

granos.

5. Corrosin por esfuerzo: Se refiere a las tensiones internas luego de una deformacin en frio.

2.4. Transporte de Petrleo y Gas

El papel del transporte en la industria petrolera es considerable: Europa Occidental

importa el 97% de sus necesidades, principalmente de Africa y de Oriente Medio y

Japn el 100%.

Pero los pases que se autoabastecen estn apenas mejor dotados, porque los

yacimientos ms importantes se encuentran a miles de kilmetros de los centros de

consumo, en EE.UU como en Rusia, en Canad como en Amrica Latina.

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Buque transportador de petrleo Fuente:palmeiramanda.blogspot.com

En el mundo del petrleo los oleoductos y los buques tanqueros son los medios por

excelencia para el transporte del crudo. El paso inmediato al descubrimiento y

explotacin de un yacimiento es su traslado hacia los centros de refinacin o a los

puertos de embarque con destino a exportacin. Los "buques-tanques", barcos donde el petrleo es transportado, se construyen

generalmente para este fin y son, en realidad, verdaderos tanques flotantes. En Europa,

el aprovisionamiento de zonas industriales alejadas del mar exige el equipamiento de

puertos capaces de recibir los superpetroleros de 300.000 y 500.000 Ton de carga,

almacenamientos gigantes para la descarga y tuberas de conduccin (pipe-lines) de

gran capacidad. Los oleoductos troncales (o principales) son tuberas de acero cuyo dimetro puede

medir hasta ms de 40" y que se extienden a travs de grandes distancias, desde los

yacimientos hasta las refineras o los puertos de embarque. Estn generalmente

enterrados y protegidos contra la corrosin mediante revestimientos especiales. El petrleo es impulsado a travs de los oleoductos por estaciones de bombeo,

controlados por medios electrnicos desde una estacin central, que hacen que el

petrleo avance continuamente a unos cinco kilmetros por hora.

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Planta de bombeo de petrleo

Fuente:www.bornemann-ar.com

2.5. Mtodos de mantenimiento para estructuras

Dentro de las medidas utilizadas industrialmente para combatir la corrosin estn las

siguientes:

1. Uso de materiales de gran pureza.

2. Presencia de elementos de adicin en aleaciones, ejemplo aceros inoxidables.

3. Tratamientos trmicos especiales para homogeneizar soluciones slidas, como el

alivio de tensiones.

4. Inhibidores que se adicionan a soluciones corrosivas para disminuir sus efectos,

ejemplo los anticongelantes usados en radiadores de los automviles.

5. Recubrimiento superficial: pinturas, capas de oxido, recubrimientos metlicos

6. Proteccin catdica.

2.6. Proteccin catdica

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La proteccin catdica (CP) es una tcnica para controlar la corrosin galvnica de una

superficie de metal convirtindola en el ctodo de una celda electroqumica.1 El mtodo

ms sencillo de aplicar la CP es mediante la conexin del metal a proteger con otro

metal ms fcilmente corroible al actuar como nodo de una celda electroqumica. Los

sistemas de proteccin catdica son los que se usan ms comnmente para proteger

acero, el agua o de combustible el transporte por tuberas y tanques de almacenamiento,

barcos, o una plataforma petrolfera tanto mar adentro como en tierra firme.

2.2.4.2. Tipos de nodos

Considerando que el flujo de corriente se origina en la diferencia de potencial existente

entre el metal a proteger y el nodo, ste ltimo deber ocupar una posicin ms elevada

en la tabla de potencias (serie electroqumica o serie galvnica).

Los nodos galvnicos que con mayor frecuencia se utilizan en la proteccin catdica

son: Magnesio, Zinc, Aluminio.

Magnesio: Los nodos de Magnesio tienen un alto potencial con respecto al hierro y

estn libres de pasivacin. Estn diseados para obtener el mximo rendimiento posible,

en su funcin de proteccin catdica. Los nodos de Magnesio son apropiados para

oleoductos, pozos, tanques de almacenamiento de agua, incluso para cualquier

estructura que requiera proteccin catdica temporal. Se utilizan en estructuras

metlicas enterradas en suelo de baja resistividad hasta 3000 ohmio-cm.

Zinc: Para estructura metlica inmersas en agua de mar o en suelo con resistividad

elctrica de hasta 1000 ohm-cm.

Aluminio: Para estructuras inmersas en agua de mar.

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Proceso de proteccin catdica

Fuente:www.monografias.com

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CAPTULO III

3.1. DISEO METODOLGICO

3.1.1 TIPO DE ESTUDIO

El presente estudio es de tipo experimental porque el tema de investigacin se basa en la

adquisicin y aplicacin de conocimientos que se han abordado dentro del contenido de

la asignatura Qumica II a travs del presente semestre. Esta conclusin se toma a partir

de la revisin del syllabus como tal o en su defecto plan de programa de estudios de la

asignatura mencionada.

Este estudio, a su vez, es de tipo descriptivo porque mide y describe el nivel de

conocimiento de modo sistemtico y la forma de receptar e interpretar los resultados del

proyecto que se obtengan, por parte de los estudiantes de segundo semestre de la

asignatura de Qumica II de la carrera de Ingeniera en Petrleos, acerca del proyecto

experimental Proteccin Catdica en Tuberas.

Y por ltimo, el estudio es calificado como prospectivo porque los resultados sern

utilizados en el futuro para incrementar los criterios, acerca de lo que se debe y de lo

que no se debe hacer en una experiencia como la que se llevar a cabo en la presente

investigacin, por parte de los estudiantes de segundo semestre de la carrera de

Ingeniera de Petrleos.

La investigacin que va a realizarse es de corte transversal pues, se realizar en un

perodo de tiempo determinado, en este caso, abarca desde el mes de noviembre de 2014

a enero de 2015.

El presente proyecto se lo realizar en cuatro etapas diferentes:

Primera etapa. Investigacin y recoleccin de informacin acerca del fenmeno

de corrosin en tuberas, determinacin de pureza en slidos (roca) para

determinar la factibilidad de utilizar dicho mineral o metal extrado de la misma

como nodo sacrificial y proteccin catdica en tuberas.

Segunda Etapa. Ensamblaje de una maqueta experimental, aplicando la

proteccin catdica para la prevencin del fenmeno de corrosin en una tubera

utilizada en el transporte de hidrocarburos en la industria petrolera.

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Tercera Etapa. Obtencin e interpretacin de resultados, comprobando de esta

manera la factibilidad de la aplicacin de conocimientos adquiridos en la

asignatura de Qumica II, durante el presente semestre.

Cuarta Etapa. Socializacin de los resultados en las Jornadas Multidisciplinarias

a efectuarse los das Jueves 12 y Viernes 13 de Febrero de 2015 en las

instalaciones de la facultad FIGEMPA.

3.1.2. TCNICA

Se realizar una maqueta experimental con los materiales adecuados que ms se

asemejen desde una perspectiva macro a los que se utilizan en una proteccin catdica

de tuberas en el transporte de hidrocarburos en la industria petrolera.

3.1.3. INSTRUMENTO

Utilizacin de las instalaciones, en este caso del Laboratorio N 2 de la Unidad de

Qumica, cuya autorizacin o permiso para trabajar en dicho lugar fue remitida por el

Coordinador de mencionada unidad, el Dr. Ral Bahamonde.

3.1.4. PRUEBA PILOTO

Se elaborar mencionada maqueta, previa determinacin de pureza de la roca a ser

utilizada como nodo sacrificial

3.1.5. ASPECTOS ADMINISTRATIVOS

3.1.5.1. Accesibilidad

La Facultad de Ingeniera en Geologa, Minas, Petrleos y Ambiental en coordinacin la

Unidad de Qumica estn abiertos a brindar todas las facilidades para el desarrollo de la

investigacin, como de la misma manera los docentes contribuirn con la informacin

pertinente y necesaria que sirva de aporte para el desarrollo del mismo.

3.1.5.2. Factibilidad

Los recursos: humanos, econmicos y de infraestructura, que se han constatado como

existentes, permitirn desarrollar un trabajo investigativo y de experimentacin de

manera confiable, eficiente y eficaz en cada una de las etapas que conlleven el proceso

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de la realizacin del presente proyecto, con la finalidad de contribuir con el

conocimiento necesario a los estudiantes que cursarn la ctedra de Qumica II.

3.1.6. CARACTERIZACIN DEL REA DE INVESTIGACIN

3.1.6.1. LABORATORIO N 2 DE LA UNIDAD DE QUMICA

3.1.6.1.1. CARACTERIZACIN

La Unidad de Qumica est conformada por los Laboratorios 1 y 2, el N 1 ubicado en

la parte Norte y el N 2 en la parte sur, como referencia de ubicacin.

Los profesionales que trabajan en el horario vespertino de 12:00 a 20:00 horas son los

siguientes:

De los cuales el Qumico Max Bonilla nos ayud como gua, en la realizacin de

mencionado proyecto en el horario de los das viernes de 15:30 a 17:30.

En cuanto a la accesibilidad la misma se encuentra ubicado hacia el oeste de la Facultad

de Ingeniera en Geologa, Minas, Petrleos y Ambiental; misma que toma un recorrido

de aproximadamente 10 minutos saliendo desde mencionada facultad.

3.1.6.1.2. LIMITES GEOGRFICOS

Por el Norte: Facultad de Ingeniera Agrcola y Facultad de Zootecnia y Veterinaria de

la Universidad Central del Ecuador.

Por el Sur: Centro de Biologa.

Por el Este: Facultad de Ingeniera en Geologa, Minas, Petrleos y Ambiental.

Por el Oeste: Facultad de Ingeniera Agrcola y Facultad de Zootecnia y Veterinaria de

la Universidad Central del Ecuador.

3.1.6.1.3. CROQUIS

Grfica 1. Croquis de la parroquia de la Unidad de Qumica.

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3.2. ADQUISICIN DE MATERIALES.

Este punto es de suma importancia, en el mismo describiremos en forma detallada los

materiales que usamos para elaborar la maqueta experimental, para lo cual nos basamos

en el fundamento terico que corresponde a los materiales adecuados que se deben usar

en la elaboracin de mencionada maqueta, para que la misma se disee de tal manera

que al final de nuestra experimentacin, nos presente los resultados ms confiables y

que mejor se ajusten a lo que deseamos obtener y comprobar, corroborando de esta

manera una demostracin convincente de la aplicacin de los conocimientos adquiridos

en la ctedra de Qumica II.

En esta instancia lo que se debe elaborar es una lista de materiales y reactivos a utilizar

en funcin de su prioridad, costo comercial, accesibilidad y factibilidad; factores

primordiales en la adecuada y eficaz elaboracin de la maqueta.

En la parte que corresponde a materiales no es trascendental, indagar en la descripcin

de los detalles y caractersticas a cumplir por parte de los mismos, ms en la parte de

reactivos es de suma importancia, ya que dichas caracterstica y/o propiedades (sobre

todo qumicas) intervendrn en la interaccin entre ellos mismos y con el medio que los

rodea, no solamente durante la elaboracin de la maqueta, sino tambin despus de

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elaborada la misma, ya en la experimentacin como tal de la misma, que finalizar en

los resultados que deseamos obtener a travs de la misma.

3.2.1. DESCRIPCIN DE MATERIALES UTILIZADOS.

Los materiales que se han utilizado constan en la siguiente tabla.

Material Cantidad Descripcin Estado

Pecera 1 40 cm de largo * 20

cm de ancho y 45 cm

de altura

ptimo

Taipe masquin 1 Rollo ptimo

Lagartos 2 ptimos

Voltmetro 1 convencional ptimo

Batera 1 Batera marca

energizer 9V

ptimo

Vasos de

precipitacin

2 De vidrio.

Capacidad: 250 ml

ptimo

Tubo en forma de U 1 De vidrio ptimo

Balanza electrnica 1 Apreciacin = 0,001

g

ptimo

Vaso Erlenmeyer 1 Capacidad= 500mL ptimo

3.2.2. DESCRIPCIN DE REACTIVOS UTILIZADOS.

Dichos materiales que constan a continuacin se describen en forma detallada debido a

que cada uno presentan o se comercializan con caractersticas y propiedades definidas

en el mercado y es por esto que estas (caractersticas) llegan a ser valores o datos que

usaremos en nuestros clculos como por ejemplo: masa, volumen, concentracin de los

nodos, tuberas y sales respectivamente; los mismos que se vern reflejados en

resultados, los cuales corroboraremos en forma visual en nuestro proyecto.

Los reactivos que se han utilizado constan a continuacin

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nodo de zinc, el mismo fue adquirido en la empresa AGA de electrodos y gases S.A.

las propiedades, requerimientos y condiciones de uso constan en la siguiente proforma,

otorgada por la empresa en el catlogo institucional.

Roca malaquita , la misma que se obtuvo por donacin por parte del

Dr. , mencionada roca ser llevada a un proceso de titulacin, mediante el cual se

determinar el porcentaje de cobre contenido en la muestra.

Tiosulfato de sodio , utilizado como un medio dbilmente cido que oscila

en la escala de pH, entre 2 y 3.

Yoduro de potasio , Con una concentracin del 10%, la misma que no influir en

los clculos de determinacin de pureza de la roca.

Almidn , existente en laboratorio.

3.3. MARCHA EXPERIMENTAL

Luego de la adquisicin de materiales se llevaron a cabo los siguientes pasos:

3.3.1. Trituracin de la roca en el Laboratorio de Petrografa Sedimentaria de la

Facultad de Ingeniera en Geologa, Minas, Petrleos y Ambiental.

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Se procedi a triturar la roca con el fin de realizar una reduccin de tamao para poder

mediante medios fsicos separar la parte que contiene el sulfato de cobre(III) de las

impurezas no deseadas.

3.3.2. Titulacin del cobre de sulfato de cobre contenido en una muestra representativa

de la roca malaquita.

Se aplica un exceso de iones de yodo a sulfato de yodo que se titula con tiosulfato de

sodio estandarizado 0.1N que actuara como indicador.(Es un mtodo volumtrico)

Hiptesis: Se determinar que el porcentaje de cobre contenido en la muestra oscila

entre un 0,10 y 0,30 %.

Parte Experimental: La muestra de mineral que se tomar para el anlisis contiene

Malaquita , y Azurita: Cu(OH)22(CuCO3), como podemos apreciar

ambos minerales poseen composiciones qumicas similares, en tanto ambos minerales

se los encuentra asociados en la muestra de roca que ser analizada.

Experiencia N 1. Anlisis cualitativo de cobre.

Se toma una muestra de mineral (previamente pulverizada/triturada) en un tubo de

ensayo, luego se aade cido clorhdrico y luego hidrxido de amonio

.

Experiencia N 2. Anlisis cuantitativo de cobre.

El Cu del sulfato de cobre , se titula en medio dbilmente cido (pH 2-3) con

tiosulfato de sodio , agregando yoduro de potasio y solucin de

almidn

Procedimiento.

1. Pesar en una balanza electrnica (con A= 0,001 g), alrededor de 0,25 g de

y transferir a un Erlenmeyer de 500 ml.

2. Agregar 200 mL de agua destilada y 5 mL de cido actico

concentrado.

3. Agitar hasta disolver la sal.

4. Agregar 10 mL de solucin de KI al 10%.

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5. Titular el yodo liberado, con solucin de tiosulfato de sodio 0,1 N hasta que la

solucin presente una coloracin amarillo plido.

6. Agregar 5 mL de solucin de almidn 1%, y seguir titulando hasta desaparicin

de color azul.

Se presenta una frmula para determinar la concentracin de sulfato de cobre que

utilizaremos como electrodo de referencia en nuestra maqueta:

Donde:

V: Volumen de tiosulfato utilizado en la titulacin.

N: Normalidad de la solucin de tiosulfato.

0,02495: meq de una solucin N de sulfato de cobre.

g: Peso de la muestra utilizada.

Se elabor una tabla de datos, con los siguientes valores:

V: Volumen 0,28 mL

N: Normalidad 0,1

g: peso 0,25 g

Reemplazando datos en la frmula dada se obtiene:

Se obtuvo un 0,28% de concentracin de , el mismo que es una

cantidad considerablemente buena, tomando en cuenta la cantidad en masa de la

muestra de la cual se obtiene el Cu, agregando otros factores tales como el que la

misma se encuentra asociada con minerales como: la malaquita y la azurita entre

otros elementos contenidos dentro de la misma como: slice, hierro, aluminio entre

otros.

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3.3.3. Depositacin de la mezcla arenosa junto con sulfato de cobre , y humus

y/o arcilla que asemejen al mximo posible el suelo por el que atraviesa el

oleoducto.

Se mezcla el sulfato de cobre extrado de la roca triturada y se lo mezcla con la mezcla

arenosa formada por humus y arcilla. Para tratar de recrear lo mximo posible las

condiciones de suelo que enfrentara se dejo esta mezcla arenosa expuesto a la

intemperie.

3.3.4. Ensamblaje de la celda electroqumica, enterrando de esta manera las tuberas,

los electrodos, los alambres de corriente, la batera, etc.

Se procedi a conectar una batera a la tubera para que esta atraiga a las partculas

desprendidas de sulfato de cobre y se pueda dar una reaccin electroqumica ms rpida

y controlada, posteriormente se enterr la tubera debajo de la mezcla arenosa.

Para calcular el rea de proteccin se utilizo la formula:

A= fDL Donde:

A= rea por proteger m2

f = Factor de dao del recubrimiento, ver tabla 3.

= 3,1416

D = Dimetro exterior, en m.

L = Longitud, en m.

A= *0.01*0.029*0.11=0.00011m

f=0.01 estimado para un tiempo de vida de menos de 10 aos

Con esto podemos ver que la proteccin va a ser de 0.00011m lo cual es suficiente para

nuestro modelo experimental.

De la misma manera el proceso anterior se puede realizar planteando un problema de

electrodeposicin de los electrones que fluyen desde el nodo sacrificial hacia la tubera

que acta como ctodo, de la siguiente manera:

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Se hace pasar una corriente elctrica de 1.0 A (por idealizacin), durante 8 horas

(tiempo estimado que dura la presentacin de la maqueta, en el cual se encuentra

armado el dispositivo), a travs de un dispositivo de proteccin catdica; una barra de

zinc y una tubera de acero colado, se utilizan como electrodos, Qu espesor se

depositar sobre la tubera de 100,2 de superficie? La densidad del zinc es 7,5

.

Supngase que el rendimiento de corriente es del 90%.

Clculo de espesor de membrana de zinc depositada sobre la tubera.

Clculos:

rea de la tubera= 2* *r*l

= 2 * * 1,45 (cm) * 11 (cm) = 100,22 , rea a ser recubierta.

Reaccin de oxidacin del zinc

(el proceso es espontneo)

Datos:

I = 1 A

Q= I * t

A= 100,2

Zn = 7,5

R= 90 %

90 A real = 100 A tericos.

X = (espesor)?

Resolucin:

Q = I.t

Q= 1 A terico *

19.440 C *

22

Ahora la tubera tiene 100,22 de superficie a ser recubierta, la tubera tiene 11 cm,

si dividimos el volumen de Zn para el rea obtendremos el espesor de la pelcula o

membrana que se depositar sobre la misma.

Si comparamos ambos valores tenemos 0,011 cm ~ 0,0092 cm, existe un error del 16,36

% aplicando la frmula para calcular que incluye factor de dao de recubrimiento y la

segunda que utiliza fundamentos electroqumicos.

Clculo de tiempo de vida til de un nodo de zinc.

La vida del nodo puede calcularse de la siguiente manera:

Vida = (

)

Para nuestro caso, la vida til de un nodo de Zn de 33,13 g de masa, capaz de

suministrar una intensidad de corriente de 1 A, ser:

Capacidad de corriente del nodo de zinc segn tabla ASTM RP 7G es de: 820

,

teniendo en cuenta que un ao tiene 8760 horas, obtenemos la siguiente relacin 0,094

rendimiento del 90 %; factor de utilizacin de 85 %, por tanto su,

Vida =

Lo que nos indica que el tiempo de vida til del nodo de zinc utilizado tendr un

tiempo estimado de vida de 9 das, en el caso de que el mismo estuviera conectado en

forma permanente.

3.3.5. Comparacin visual de la proteccin proporcionada por la malaquita con la

proteccin proporcionada por una celda galvnica

23

Visualmente se observa las diferencias entre la tubera protegida por la mezcla arenosa

y la tubera protegida de forma galvnica, en s la proteccin con malaquita es

factible desde un punto de vista atractivo a la inversin de recursos econmicos, mas no

como una fuente confiable de proteccin frente a lo que representara si la proteccin se

realizara con una pila galvnica.

CAPITULO IV

4. ANLISIS DE RESULTADOS

4.1. Anlisis de los nodos sacrificiales

Tipos de nodos

Existen diferentes tipos de nodos utilizados en la industria petrolera los cuales ayudan

a la proteccin catdica, se analiz para escoger el mejor nodo sacrificial.

Los nodos galvnicos que con mayor frecuencia se utilizan en la proteccin catdica

son: Magnesio, Zinc, Aluminio.

Magnesio: Los nodos de Magnesio tienen un alto potencial con respecto al hierro.

Estn diseados para obtener el mximo rendimiento posible, en su funcin de

proteccin catdica. Los nodos de Magnesio son apropiados para oleoductos, pozos,

tanques de almacenamiento de agua, incluso para cualquier estructura que requiera

proteccin catdica temporal.

Zinc: Este nodo se basa en la proteccin realizada a las tuberas se us debido a que es

el ms econmico y el que pudimos conseguir; al cabo de los das el electrodo se fue

deteriorando claro que no ser muy rpido ya que esta proteccin lleva mucho tiempo.

Aluminio: El electrodo de aluminio es un buen electrodo pero no para nuestra

proteccin debido a su bajo potencial.

4.2. Anlisis de la pureza del cobre

La pureza del cobre realizada en nuestro proyecto se determin con un total de 0,28%

en la roca malaquita lo que nos quiere decir que es muy bajo para proteger la tubera se

le ha hecho un recubrimiento de aproximadamente 6 cm de la tubera, la roca malaquita

se la puede encontrar en yacimientos minerales pero s la encontramos en grandes

cantidades en el enterramiento de las tuberas podemos aprovecharla; en la maqueta

experimental se form un poco de corrosin por el porcentaje bajo de la roca.

4.3. Anlisis Duracin Proteccin Catdica

La proteccin catdica se lleva a lo largo de los aos en la industria petrolera se us

depende del tipo de electrodo que se utilice, su masa, la conductividad y resistividad

elctrica y las condiciones de ambiente a las que se trabaje.

24

A continuacin se detalla el ao de duracin en la proteccin catdica el cual fue 9 das

es muy poco debido a que el electrodo es apenas una varilla recubierta de Zinc lo cual

es muy poco si se tuviera una mejor electrodo la proteccin durara ms.

4.4. Anlisis Casa Abierta

La exposicin a casa abierta se llev acabo el da Jueves 12 y Viernes 13 la impresin

de las casas abiertas para el pblico en general fue muy atractiva ellos se interesaron en

el proyecto Proteccin catdica en tuberas se generaron algunas preguntas entre las cuales:

- Qu es nodo sacrificial?

- En qu tipos de ambientes se encuentra la malaquita?

- Qu tipos de electrodos se usa en la industria petrolera?

- Cunto cuesta el electrodo de Magnesio?

El ambiente de la casa abierta se desarroll con mucho mpetu con la intencin de

presentar ciertos conocimientos y la realizacin de nuestra maqueta.

4.5. Anlisis de la encuesta

Segn la encuesta realizada todos aprendieron a investigar mediante nuestro proyecto, y

adems se pudo finalizar que se logr el aprendizaje de la materia de Qumica en

especial las aplicaciones de la Electroqumica en la Ingeniera de Petrleos, en anexos

se detallar las dos preguntas realizadas; as como los resultados obtenidos de las

mismas.

CONCLUSIONES

Gracias al desarrollo del proyecto se logr adquirir conocimientos y crear un

mtodo adecuado de investigacin que nos servir en nuestro desempeo

estudiantil y a futuro como profesionales.

El proceso de corrosin debe ser visto como un hecho que pone en evidencia el

proceso natural de que los metales vuelven a su condicin primitiva y que ello

conlleva al deterioro del mismo.

En la proteccin catdica entran en juego mltiples factores los cuales hay que

tomar en cuenta al momento del diseo del sistema, inclusive es un acto de

investigacin conjunta con otras disciplinas ms all de la metalurgia, como la

qumica y la electrnica.

Como ltima conclusin est el hecho de que hay que ahondar en estos

conocimientos pues ellos formarn parte integral de la labor que debe

desempear un Ingeniero Petrolero.

25

ANEXO (ENCUESTA)

Integrante: David Herrera

1. Con el proyecto Proteccin catdica en tuberas logr Ud. aprender a

investigar?

S.

2. Con el proyecto Proteccin catdica en tuberas logr Ud. aprender

conocimientos de Qumica?

S

Integrante: David Herrera

1. Con el proyecto Proteccin catdica en tuberas logr Ud. aprender a

investigar?

S.

2. Con el proyecto Proteccin catdica en tuberas logr Ud. aprender

conocimientos de Qumica?

S

Integrante: Tatiana Jaramillo

1. Con el proyecto Proteccin catdica en tuberas logr Ud. aprender a

investigar?

S.

2. Con el proyecto Proteccin catdica en tuberas logr Ud. aprender

conocimientos de Qumica?

S

Integrante: Bryan Salazar

1. Con el proyecto Proteccin catdica en tuberas logr Ud. aprender a

investigar?

S.

2. Con el proyecto Proteccin catdica en tuberas logr Ud. aprender

conocimientos de Qumica?

S

Integrante: Carlos Snchez

26

1. Con el proyecto Proteccin catdica en tuberas logr Ud. aprender a

investigar?

S.

2. Con el proyecto Proteccin catdica en tuberas logr Ud. aprender

conocimientos de Qumica?

S

ANEXO B

INFORME DE LA CASA ABIERTA DE QUIMICA II

Universidad Central Del Ecuador

Facultad de Ingeniera en Geologa, Minas, Petrleos y Ambiental

Ingeniera de Petrleos

Qumica II

Integrantes: Profesora: Dra. Silvia Amada Buitrn

Herrera David Fecha: 19/02/2015

Jaramillo Tatiana

Loja ndres

Salazar Bryan

Snchez Carlos

0

1

2

3

4

5

6

Si No

Primera pregunta

Segunda pregunta

27

Tema: Prevencin de la corrosin en tuberas a travs de la proteccin catdica

Objetivo:

Construir una maqueta experimental de proteccin catdica como medio de defensa de

la corrosin, aplicable a tuberas de transporte de hidrocarburos, aplicando tcnicas

electroqumicas las mismas que sean sustentables y sostenibles.

Hiptesis del experimento:

Se puede proteger la tubera de la corrosin mediante la aplicacin de proteccin

catdica.

Hiptesis nula:

No se puede proteger la tubera de la corrosin mediante la aplicacin de la proteccin

catdica.

Marco terico:

La proteccin catdica (CP) es una tcnica para controlar la corrosin de una superficie

de metal convirtindola en el ctodo de una celda electroqumica. El mtodo ms

sencillo de aplicar la CP es mediante la conexin del metal a proteger con otro metal

ms fcilmente corrosible al actuar como nodo de una celda electroqumica. Los

sistemas de proteccin catdica son los que se usan ms comnmente para proteger

acero, el agua o de combustible el transporte por tuberas y tanques de almacenamiento,

barcos, o una plataforma petrolfera tanto mar adentro como en tierra firme.

Materiales:

Tres tuberas de hierro

Vasos de precipitacin

Tubo en U

Solucin de COSO4

Solucin de ZnSO4

Solucin saturada de NaCl

Placa de Zn

Placa de cobre

Electro de zinc

Roca malaquita

Pecera de vidrio de 40*30 (cm)

28

Observaciones:

Por medio de las casas abiertas se pudo dar a conocer la valides del proyecto donde la

tubera fue protegida por el cobre que contena el mineral malaquita. Se obtuvo una

pequea proteccin en la tubera debido a que existe un pequeo porcentaje de cobre en

el mineral de 0.28%.

Los visitantes pudieron informarse sobre la proteccin catdica en las tuberas,

quedando satisfechos con conocimientos sobre los diferentes electrodos y precios que

existen para proteger la tubera

Casas Abiertas