memoria de cálculo

Gerencia Proyecto Sistema Nor-Oriental de Gas (Gasoductos)

- Hoja de Control de Revisión-DESCRIPCIÓN DEL CONTENIDO

PROYECTO: “ING. BÁSICA Y DETALLE PARA LA CONSTRUCCIÓN DE GASODUCTO DE 16” HACIA MARGARITA DESDE ESTACIÓN DE VÁLVULAS MUELLE CARIACO HASTA ESTACIÓN DE VÁLVULAS ARAYA ”

DOCUMENTO : MEMORÍA DE CÁLCULO

DOCUMENTO NÚMERO

PDVSAU018GGI0401R001

TIVENCA1256-04-10-N-209-001

DISCIPLINA : PROTECCIÓN CÁTODICA FECHA

N° PROYECTO: U018 08 04 08

REV. FECHA BREVE DESCRIPCIÓN DEL CAMBIO TOTAL PAG. ELAB. PORREV.POR

APROB. POR

0 08/04/08 EMISION FINAL 29 L.T. J.P. A.I

A 04/04/08 EMISION ORIGINAL 29 L.T. J.P. A.I

I 11/02/08 EMISIÓN REVISIÓN INTERNA TIVENCA 24 L.T. J.P. A.I

REVISADO POR CONTRATISTA: APROBADO POR CONTRATISTA: REVISADO POR PDVSA: APROBADO POR PDVSA:

FIRMA FIRMA ______________________ FIRMA__________________ FIRMA NOMBRE: J. PEREZ

CARGO: LÍDER DISCIPLINA

NOMBRE: A. IBARRA

CARGO: COORDINADOR DE PROYECTO

NOMBRE: O. CHACON

CARGO: GERENTE DE ING.

NOMBRE: C. PEREZ

CARGO: GERENTE PROYECTO

Gerencia Proyecto Sistema Nor-Oriental de Gas (Gasoductos )

- Documentos Técnicos -DESCRIPCIÓN DEL CONTENIDO

PROYECTO: “ING. BÁSICA Y DETALLE PARA LA CONSTRUCCIÓN DE GASODUCTO DE 16” HACIA MARGARITA DESDE ESTACIÓN DE VÁLVULAS MUELLE CARIACO HASTA ESTACIÓN DE VÁLVULAS ARAYA”

DOCUMENTO : MEMORIA DE CALCULO

DOCUMENTO NÚMERO


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Fecha: 08/04/08 DISCIPLINA: PROTECCIÓN CÁTODICA N° PROYECTO: U018

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INGENIERÍA BÁSICA / DETALLE

MEMORÍA DE CÁLCULO

“INGENIERÍA BÁSICA Y DETALLE PARA LA CONSTRUCCIÓN DE GASODUCTO DE 16” HACÍA MARGARITA DESDE ESTACIÓN DE VÁLVULAS

MUELLE CARIACO HASTA ESTACIÓN DE VÁLVULAS ARAYA”

PROYECTO N° U018





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CONTENIDO

1 OBJETIVO................................................................................................................................. 4

2 ALCANCE..................................................................................................................................4

3 NORMAS Y ESPECIFICACIONES............................................................................................4

4 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE PROTECCIÓN CÁTODICA..............................................5

5 CONSIDERACIONES DE DISEÑO...........................................................................................6

5.1 Vida Útil de Diseño...................................................................................................................65.2 Resistividad Eléctrica..............................................................................................................65.3 Densidad de Corriente.............................................................................................................75.4 Porcentaje de Superficie Desnuda.........................................................................................75.5 Características de los Ánodos a utilizar..............................................................................115.6 Cables Positivos y Negativos:..............................................................................................125.7 Porcentaje de Ocupación de Tuberías.................................................................................125.8 Cantidad de Tubería a Proteger............................................................................................146 DISEÑO SPC POR CORRIENTE IMPRESA EN GASODUCTO ENTERRADO.....................16

6.1 Cantidad de ánodos...............................................................................................................166.2 Resistencia Eléctrica Total del Sistema...............................................................................18

6.2.1 Resistencia eléctrica del lecho de ánodos............................................................186.2.2 Resistencia Eléctrica del Circuito..........................................................................196.2.3 Cálculo de los Parámetros del Rectificador..........................................................20

7 DISEÑO DEL SISTEMA DE PROTECCIÓN CATÓDICA POR CORRIENTE GALVÁNICA EN

TUBERÍAS ENTERRADAS EN ESTACIÓN DE VÁLVULAS.................................................21

7.1 Tipo de Ánodo........................................................................................................................217.2 Resistencia eléctrica del lecho de ánodos..........................................................................217.3 Corriente del Ánodo...............................................................................................................217.4 Cantidad de ánodos...............................................................................................................22ANEXO 1. DENSIDAD CORRIENTE SEGÚN TIPO DE REVESTIMIENTO..................................23

ANEXO 2. CÁLCULO SPC POR CORRIENTE IMPRESA............................................................25

ANEXO 3. CÁLCULO SPC POR CORRIENTE GALVANICA.......................................................28

ANEXO 4. RESISTENCIA ELÉCTRICA DEL SISTEMA................................................................29





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1 OBJETIVO

El presente documento detalla los criterios, normas y procedimientos aplicados en el cálculo de

los equipos a ser utilizados en los sistemas de Protección Catódica del proyecto "INGENIERÍA

BÁSICA Y DETALLE PARA LA CONSTRUCCIÓN DE GASODUCTO DE 16” HACIA

MARGARITA DESDE LA ESTACIÓN DE VÁLVULAS MUELLE CARIACO HASTA

ESTACIÓN DE VÁLVULAS ARAYA" como parte del Sistema de Transporte de Gas Eje

Barbacoa - Cumaná - Isla de Margarita, de PDVSA GAS, ubicado entre los Estados

Anzoátegui, Sucre y Nueva Esparta.

2 ALCANCE

El alcance de este documento comprende los procedimientos y los resultados del cálculo del

nuevo sistema de protección catódica que servirá para la protección contra la corrosión externa

de la tubería enterrada de los tramos de gasoducto de 16” entre las Estaciones de Válvulas

Muelle Cariaco - Guacarapo y Guacarapo - Araya, a fin de contrarrestar la corrosión externa

que eventualmente podría ocasionar fallas estructurales en el Sistema de Transporte de Gas

Eje Barbacoa- Cumaná – Isla de Margarita, de PDVSA GAS.

3 NORMAS Y ESPECIFICACIONES

El diseño, los equipos y materiales a ser suministrados y los trabajos a ser ejecutados deben

cumplir con los requerimientos de la última edición de los siguientes códigos y normas:

NACE RP0169“Control of External Corrosion on Underground or Submerged Metallic Piping Systems”

COVENIN 200 “Código Eléctrico Nacional”





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PDVSA HA-201 “Protección Catódica, Especificación de Ingeniería”

PDVSA 90618.1.072 “Manual de Diseño “Protección Catódica”

Referencias adicionales:

A.W. Peabody. Control of Pipeline Corrosion. Edited by R. Bianchetti. Nace 2000.

John Morgan. Cathodic Protection. Second edition. Nace 1987

Los códigos, especificaciones y estándares, incluyendo la información suplementaria

respectiva en su última edición, formarán parte de esta especificación de acuerdo al alcance

aquí indicado.

4 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE PROTECCIÓN CÁTODICA

Según el documento No. U018GTI0414R002-CA, Selección de Revestimiento de Tuberías,

establece que para los tramos de Gasoducto en tierra firme se utilizará el Revestimiento

Tricapa con Polietileno (3PE) espesor 90 mils (estándar); en los pases de carreteras, cruces de

ríos, quebradas y pantanos se utilizará además del 3PE, el revestimiento con fibra de vidrio

reforzada a fin de proteger el revestimiento anticorrosivo.

La protección catódica de los tramos enterrados del gasoducto se llevará a cabo por medio de

un sistema de protección catódica por corriente impresa, a través de la inyección de corriente

continua (C.C.) que será suministrada por un rectificador ubicado convenientemente en la





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Estación de Válvulas Guacarapo la cual se encuentra ubicada entre la E.V. Muelle Cariaco y la

E.V. Araya.

5 CONSIDERACIONES DE DISEÑO

1.1 Vida Útil de Diseño

La vida útil del diseño, para el Sistema de Protección Catódica del tramo de tubería

enterrada, será de 20 años.

1.2 Resistividad Eléctrica

Para el diseño del Sistema de Protección Catódica se tomará como base el valor de

resistividad eléctrica promedio del terreno cercano a la estación de válvulas Guacarapo,

donde serán ubicados los ánodos. Para el lecho de ánodos de corriente impresa se usará

la resistividad promedio a 10 m de profundidad y para el lecho de corriente galvánica, se

usará la resistividad promedio a 4 m de profundidad.

Los valores promedio de resistividad tanto para la ubicación del lecho de ánodos de

corriente impresa como para los ánodos de corriente galvánica, en la estación de válvulas

Guacarapo, se resumen en la tabla nº 1, estos datos fueron obtenidos de la Revisión y

Análisis del Estudio de Resistividad realizado en la zona.





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Tabla Nº 1. Resistividades E.V. Guacarapo y Ubicación Lecho de Ánodos

Lugar Área PROFUNDIDAD (m) RESISTIVIDAD (Ω-cm)

Estación de Válvulas 2 2177

Lecho de Ánodos 10 1000

1.3 Densidad de CorrienteLa densidad de corriente, a ser usada para el diseño del Sistema de Protección Catódica

será de 10 mA/m2.

1.4 Porcentaje de Superficie Desnuda

El estimado del porcentaje de superficie desnuda de los tramos de gasoducto enterrado

están basados en los valores mínimos de resistencia efectiva del revestimiento

establecidos como práctica recomendada por PDVSA-GAS en las especificaciones

generales para la construcción de gasoductos CPV-E-R-00002 “Criterios de aceptación

Prueba de Resistencia Efectiva de Revestimiento”.

En el mismo se establece un 0,1% del área total con defectos en el revestimiento,

seleccionados de acuerdo a las bandas de resistividad de suelo y nivel de corrosividad. A

continuación se muestra el cuadro resumen:





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(*) Se recomienda aplicar estos valores a tramos de tubería mayores a un (1) km

La resistencia efectiva del revestimiento (Re), está relacionada con la resistencia de fuga

mediante la expresión:

Donde As es el área de superficie de toda la tubería enterrada o del tramo a evaluar. Por

lo tanto, la resistencia efectiva del revestimiento, es típicamente expresada en unidades

de Ohm-pie2.

Resistencia de Suelo

(Ohm–cm)Corrosividad del Suelo

Resistencia del Revestimiento (*)

(Ohm–pie2)

100 – 1.000 Muy alta 300.000

1.001 – 5.000 Alta / moderada 1.500.000

5.001 – 15.000 Baja 3.000.000

> 15.000 Muy baja 4.500.000





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La resistencia de fuga del revestimiento es una función de su resistividad eléctrica,

espesor y área de la superficie expuesta al electrolito. La resistencia típica del polvo

epóxico está en el orden de 1012 ohmios para un espesor estándar y para un metro

cuadrado de revestimiento.

El valor de la resistencia de fuga de todos los sitios donde existen fallas en el

revestimiento (RF,S), puede ser calculado en forma aproximada por la expresión:

Donde:

s = Es la resistividad del suelo en ohmio-cm

r = Es el radio del defecto en cm

A su vez, la resistencia de fuga viene expresada por:

Considerando el término despreciable obtenemos que:

Suponiendo una resistividad de suelo uniforme y concentrando los defectos en un solo

punto la expresión de resistencia de fuga se puede resumir como:





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De acuerdo a esta expresión se puede concluir que la resistencia efectiva del

revestimiento es una función de la resistividad del suelo donde se encuentra enterrada la

tubería, del tamaño de las fallas del revestimiento y del área total de la tubería. También

se puede notar que no depende del tipo de revestimiento aplicado a la tubería.

Aplicando estos criterios para el caso de s = 1.000 Ω – cm, tubería de Ф 16” y una

longitud aproximada de 51,886 km, tenemos lo siguiente:

Área a proteger: 713.055 pies2.

Resistencia efectiva: 300.000 ohm-pie2

despejando la resistencia de fuga tenemos: RF = 0,421 Ω.

donde despejando rT obtenemos: rT=189,03 cm

En comparación con la longitud total del tramo evaluado, el porcentaje de defecto

permitido según estos valores de resistencia representa el 0,016 %, lo cual indica un valor

inferior al 0,1% de defecto.

Con estas premisas, podemos obtener el valor de densidad de corriente asociada de la

siguiente manera:

Si el porcentaje de defecto máximo permitido es 0,1% del área total a proteger, tenemos:

0,001*713.055 pies2= 713,06 pies2





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Para el caso de tubería desnuda, es conveniente asumir una densidad de corriente de

1 mA/pie2, obteniéndose:

713,06 pies2 * 1 mA/pie2= 0,713 A

Basados en las curvas de densidad de corriente suministradas por proveedores de

revestimiento (Anexo #1), para el caso de la resina epóxica FBE se tiene una densidad

de corriente entre 10 y 15 μA/pie2, para un envejecimiento del revestimiento de 15 años.

Asumiendo la densidad de corriente de 12 μA/pie2, y comparándola con el valor teórico

recomendado tenemos:

12 μA/pie2 *713.055 pies2 = 8,56 A

Lo que representa más de doce (12) veces el valor recomendado por PDVSA.

Entonces, el porcentaje estimado de deterioro del revestimiento para la vida útil de 20

años para los tramos, E.V. Muelle de Cariaco hasta la E.V. Guacarapo y E.V. Guacarapo

hasta la E.V. Araya del gasoducto de 16” y tuberías de servicios en la estación de

válvulas, será el 1% del área total.

1.5 Características de los Ánodos a utilizar

Los ánodos a ser instalados en los lechos serán del tipo Fe-Si-Cr de diámetro 3”

(7,62 cm) por 60” (1,52 m) de longitud, recubiertos con coque metalúrgico de baja

resistividad. El ánodo instalado (Lecho) poseerá un diámetro total de 27,5 cm y una

longitud de 4 metros (La columna de Coque). Los ánodos serán enterrados a una

profundidad de 10 metros. La capacidad de corriente de estos ánodos es 5,0 A.





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Por las condiciones del área destinada para la instalación del lecho de ánodos, en la cual

existe una salina y el nivel freático se presume esté muy cerca de la superficie, por lo cual

los ánodos se instalarán con camisas desechables hechas con tuberías de acero al

carbono de 10” Sch 10S para prevenir posibles derrumbes al momento de la perforación.

La tubería enterrada de servicio en la Estación de Válvula Guacarapo (tubería para el

quemador vertical), serán protegidas catódicamente a través de ánodos galvánicos de

magnesio de peso neto 22,5 kg., preempacados, provisto de relleno electrolítico de 75%

de CaSO4, 20% de bentonita y 5% de NaSO4, cuyas dimensiones serán: diámetro

exterior 260 mm y longitud 600 mm.

1.6 Cables Positivos y Negativos:

Los datos de resistencia, en corriente continua (CC) en Ω/km a 20° C, de los conductores

de cobre trenzado clase B, a ser utilizados para los ánodos y los retornos desde las

tuberías, son los siguientes:

# 6 AWG TTU: 1,3480 Ω/km (*)

# 2 AWG TTU: 0,5335 Ω/km (*)

# 1/0 AWG TTU: 0,3419 Ω/km (*)

(*) Fuente: Fábrica de cables eléctricos ARALVEN, S.A.

1.7 Porcentaje de Ocupación de Tuberías.

Para el proyecto se considera el uso de tubería PVC en los tramos de bancadas y tubería de Acero rígido Galvanizado en los tramos superficiales o Stub-Up.





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El porcentaje máximo de ocupación de un tubo depende de la cantidad de cables instalados y el área ocupada por los mismos.

Los porcentajes máximos permitidos, según lo establecido por el Código Eléctrico Nacional, se muestran a continuación:

Tabla Nº 2. % de Ocupación Permisibles en Canalizaciones COVENIN 200 (Ver Anexo 9 CEN)

CANTIDAD DE CABLES % MÁXIMO DE OCUPACIÓN

1 53 %

2 31 %

3 o más. 40 %

Tabla Nº 3. Área interna de Tubería PVC - SH 80

Diámetro Nominal Área Interna (mm2)

2” 1.854 (1)

1” 443(1)

Tabla Nº 4. Área Interna de Tubería ARG Serie Pesada

Diámetro Nominal Área Interna (mm2)

2” 1.839,84

Tabla Nº 5. Área Externa de los Cables

Calibre - AislamientoDiámetro sobre la Chaqueta(mm)

Área (mm2)

1/0 – TTU 14,46(2) 164,22

2 - TTU 11,17(2) 97,99

6 – TTU 8,49(2) 56,61





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8 - TTU 6,80(2) 36,31

[1]. Información obtenida de la Tabla 4 de la Sección 9 del Código Eléctrico Nacional. (Ver Anexo 9).

[2].Información obtenida del catalogo de conductores de CENTELSA.

Cálculo del % de Ocupación de la Tubería

El % de ocupación de la tubería (% Opt) se obtiene de la Ecuación:

Ac: Sumatoria de Área sobre la chaqueta de cada Cable.

Ai: Área Interna de la Tubería.

Tabla Nº 6. Calculo de porcentajes de ocupación

%OCUPACION

TRAMO CABLES PVC 2” ARG 2”

Bancada entrada de Estación de Válvulas (1x1C#2 AWG+2x1C#8 AWG) TTU 9,20

Tubería Rectificador - caja CDP (1x1C#1/0 AWG+1x1C#2 AWG+2x1C#8 AWG) TTU 18,06Tubería Rectificador - Tablero (2x1C#8+1x1C#10 AWG) TTU 21,04Tubería Gabinete de telemetría - Rectificador Rs 485 0,1Tubería caja CDP (viene de Rectificador) (1x1C#1/0 AWG) TTU 8,93Tubería caja CDP (va hacia ánodos) (6x1C#6 AWG) TTU 18,32

1.8 Cantidad de Tubería a Proteger

Para el cálculo de la áreas de tuberías a proteger por el sistema de protección catódica

del Gasoducto, se procedió a dividir el gasoducto de 16” que parte desde la E.V. Muelle

Cariaco hasta la E.V. Araya en dos tramos uno aguas arriba y otro aguas abajo de la

estación de válvulas Guacarapo. Cada tramo, será protegido por el conjunto lecho de





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ánodos/rectificador automático, ubicados, discrecionalmente en un área cercana, a la

E.V. Guacarapo. Las tuberías de servicio enterradas en la E.V. Guacarapo se protegerán

con la instalación de los ánodos galvanicos, está tubería es las que parte de la estación

de válvulas hasta el quemador vertical.

Gasoducto

A continuación se muestran los resultados del cálculo (Tabla Nº 7) del requerimiento de

corriente del sistema de protección catódica a ser implementado en los tramos de

tuberías enterradas del Gasoducto: Primero se calcula el área en m2 de los tramos de

tuberías asociadas al sistema de protección catódica. Una vez obtenidas las áreas a

proteger por tramo, se aplican los factores indicados en el punto 5.4, se procede a

calcular el porcentaje de área desnuda equivalente del tramo.

La corriente requerida se calcula utilizando los valores de densidad de corriente indicados

en el punto 5.3, luego se procede a calcular la corriente requerida en amperios y la

cantidad de ánodos por tramo.

Tabla Nº 7. Requerimientos de corriente del SPC del Gasoducto Enterrado

TUBERÍAS ENTERRADAS GASODUCTO 20”%

Superficie Desnuda

(SD)

NombreDiámetro (Pulg.) D

LONG. (m) L

Area (m2) (L*D*PI*SD)

I protección (A)

# Anodos (Iprot/Id.)

1% Gasoducto Aguas Arriba E.V. Guacarapo 16 24455 312,23 3,12 0,62

1% Gasoducto Aguas Abajo E.V. Guacarapo 16 27431 350,22 3,50 0,70

TOTAL 662,45 6,62 1,32





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Tuberías de Servicio E.V. Guacarapo

A continuación se muestran los resultados del cálculo (Tabla Nº 8) de los requerimientos

de corriente del sistema de protección catódica a ser implementado en la tubería

enterrada que va desde la estación hasta el quemador vertical: Primero se calcula el área

en m2 de la tubería. Una vez obtenida el área a proteger y utilizando los factores

indicados en el punto 5.4, se procede a calcular el porcentaje de área desnuda

equivalente de la tubería. La corriente requerida se calcula utilizando los valores de

densidad de corriente indicados en el punto 5.3, luego se procede a calcular la corriente

requerida en amperios por tramo y la cantidad de ánodos.

Tabla Nº 8. Requerimientos de corriente del SPC de tubería enterrada en la E.V.

TUBERÍAS ENTERRADAS E.V. GUACARAPO%

Superficie Desnuda

(SD)

NombreDiámetro (Pulg.) D

LONG. (m) L

Área (m2) (L*D*PI)

Área Desnuda (m2)

(L*D*PI*SD)

I protección (A)

1% Tubería hacia el Quemador Vertical 8 100 63,84 0,6384 0,0064

TOTAL 0,6834 0,007

6 DISEÑO SPC POR CORRIENTE IMPRESA EN GASODUCTO ENTERRADO

1.9 Cantidad de ánodos La expresión matemática usada para determinar la cantidad de ánodos en los tramos de

tubería enterrada, asumiendo un drenaje de corriente por ánodo de 5 amperios, es la

siguiente:





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Donde:

I (Tubería): Corriente de Gasoducto enterrado a ser protegido (A)

I (Ánodo): Corriente del ánodo (A)

Factor de utilización (Fu): Factor de utilización del ánodo (80%)

Desde el punto de vista de la distribución de corriente de protección catódica a lo largo

del corredor de tuberías, se asumirá que el corredor posee diversas estructuras

enterradas ajenas al Gasoducto: cobre desnudo de las mallas del sistema de puesta a

tierra de los sistemas de Transmisión / Distribución de energía eléctrica, tuberías foráneas

ajenas al Gasoducto, cambios de las características geológicas del suelo (ciénagas,

lagunas, bacterias sulfato reductoras, cloruros, pH, etc.) y cambios de la resistividad (no

detectado por el estudio de resistividad). Por consiguiente, estos factores que afectan de

forma negativa la distribución de corriente de protección catódica a lo largo del corredor,

fueron tomados en cuenta para el cálculo de la corriente necesaria para evitar problemas

de interferencia de corriente.

Debido a que los ánodos a ser utilizados serán del tipo Fe-Si-Cr de 3” de diámetro por 60”

de longitud, cuyo peso es de 50 kg. El factor de utilización de dichos ánodos es del 80% a

una rata de consumo de 200 grs. / amperios – año.

Para una vida útil de 20 años, a una corriente de operación de 5 amperios, el número de

ánodos necesarios para alcanzar los niveles de protección es:

Donde:





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Vida útil: Años

P : Peso de la masa anódica (kg)

FU : Factor de utilización (%)

I : Corriente de operación (A)

C : Rata de consumo (kg./ A-años)

Sustituyendo los valores, tenemos:

P = (20 x 6,62 x 0,2) / 0,8 = 33,1 kg,

Como cada ánodo pesa 50 kg, da un total de 0,662 ánodos.

Esto quiere decir que el número de ánodos, mostrados en la tabla Nº 7, es el requerido,

además de cumplir con el requisito de tiempo de vida, cumple con la demanda de

corriente para la protección catódica de los tramos enterrados del Gasoducto.

1.10 Resistencia Eléctrica Total del SistemaLa resistencia eléctrica total del sistema será igual a:

Donde:

RT es la resistencia eléctrica total de todo el circuito

RL es la resistencia eléctrica de los lechos anódicos

RC es la resistencia eléctrica de los cables

1.10.1 Resistencia eléctrica del lecho de ánodos

La resistencia eléctrica de un lecho vertical simple se calcula utilizando la fórmula de

Dwight:

RV = ( / 2L) x [Ln (8L/d)-1] ()

Donde:





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Rv: resistencia eléctrica de un lecho vertical simple (Ω)

: Resistividad del suelo (Ω -m)

L: Longitud efectiva del ánodo (m)

d: Diámetro efectivo del ánodo (m)

La resistencia eléctrica de un lecho vertical compuesto por varios ánodos espaciados de forma equidistante (lecho múltiple) se calcula utilizando la fórmula de Sunde:

RL = (1/N) x [RV + ((0,01 / S) x Ln (0,656N)) ] ()

Donde:

RL: resistencia eléctrica de un lecho múltiple vertical (Ω)

: Resistividad del suelo (Ω -m)

S: Separación entre ánodos (m)

N: Cantidad de ánodos por lecho (Unidad)

1.10.2 Resistencia Eléctrica del Circuito

Los ánodos serán conectados a la caja de distribución de corriente positiva con

cables tipo TTU calibre # 6 AWG. Esta caja a su vez se conectará al rectificador a

través de cables tipo TTU calibre # 1/0 AWG y para la alimentación de corriente

negativa proveniente de la tubería se realizará mediante cables tipo TTU calibre # 2

AWG.

La resistencia eléctrica de circuito se calcula usando la siguiente expresión

matemática:





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Rc = (1/Rca1 + 1/Rca2 + 1/Rca3 +1/Rca4 +…+1/RcaN) +Rcp + Rnegativo

Donde:

Rca#: Resistencia del cable alimentador de cada ánodo (# 6 AWG) ()

Rcp: Resistencia del cable positivo (# 1/0 AWG) ()

Rnegativo: Resistencia del cable negativo (# 2 AWG) ()

1.10.3 Cálculo de los Parámetros del Rectificador

En el diseño se considera que el sistema de protección catódica, instalado en

Estación de Válvulas Guacarapo, operará de forma independiente, respecto a los

otros sistemas de protección catódica de las demás estaciones de válvulas que

conforman el sistema de trasporte de gas. El cual estará integrado por ánodos en

paralelo con una capacidad nominal suficiente para alimentar el lecho.

Para el cálculo del voltaje del rectificador utilizaremos la ley de Ohm.

VTR = 3 + RT x IR

Donde:

VTR: Voltaje del transformador rectificador (V)

RT: Resistencia eléctrica total del sistema ()

IR: Corriente nominal del transformador rectificador (A)

En el Anexo 2 se resumen los cálculos del SPC realizados para la tubería enterrada,

por consiguiente las características de salida del rectificador son las siguientes:

Vdc = 17 V





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Idc = 30 A

#Ánodos: 6 ánodos de FeSiCr

7 DISEÑO DEL SISTEMA DE PROTECCIÓN CATÓDICA POR CORRIENTE GALVÁNICA

EN TUBERÍAS ENTERRADAS EN ESTACIÓN DE VÁLVULAS

1.11 Tipo de ÁnodoLas tuberías enterradas de servicio en la E.V. (Tubería del quemador vertical), serán

protegidas catódicamente a través de ánodos galvánicos de magnesio de 50 Lbs. Estos

ánodos estarán empacados en un relleno electrolítico de 75% yeso, 20% bentonita y 5%

de sulfato de sodio. Las dimensiones del ánodo empacado son: Diámetro 26 cm y 60 cm

de longitud.

1.12 Resistencia eléctrica del lecho de ánodosLa resistencia eléctrica de un lecho vertical simple se calcula utilizando la fórmula de

Dwight:

R = ( / 2L) x [2.3Ln (8L/d)-1] ()

Donde:

R: resistencia eléctrica del ánodo (Ω)

: Resistividad del suelo (Ω -cm)

L: Longitud efectiva del ánodo (cm)

d: Diámetro efectivo del ánodo (cm)

1.13 Corriente del ÁnodoPara el cálculo de la corriente del ánodo galvánico, se utiliza la siguiente fórmula:

I(a) =( ∆E ) / R

Donde





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I(a): Corriente del ánodo (A)

∆E: Diferencia de potencial entre el ánodo y el potencial natural de la tubería (V)

Para el cálculo del tiempo de vida útil se aplica la fórmula:

Donde:

Vida útil: Vida útil del ánodos (Años)

P: Peso de la masa anódica (kg)

CPráctica: Capacidad práctica del Ánodo (A-h/kg)

Fu: Factor de utilización (50%)

1.14 Cantidad de ánodos La expresión matemática usada para determinar la cantidad de ánodos en los tramos de

tubería de servicio enterrada en las estaciones de válvulas, es la siguiente:

Donde:

I (Tubería): Corriente del tramo de tubería enterrada a ser protegida (Amperios)

I (Ánodo): Corriente del ánodo (Amperios)

#Ánodos: 3 ánodos de Mg

En el Anexo 3 se resumen los cálculos del SPC realizados para cada la tubería de servicio.





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ANEXO 1. DENSIDAD CORRIENTE SEGÚN TIPO DE REVESTIMIENTO





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25Fecha: 08/04/08

DISCIPLINA: PROTECCIÓN CÁTODICA N° PROYECTO: U018


ANEXO 2. CÁLCULO SPC POR CORRIENTE IMPRESA





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26Fecha: 08/04/08



ANEXO 3. CÁLCULO SPC POR CORRIENTE GALVANICA





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29Fecha: 08/04/08



ANEXO 4. RESISTENCIA ELÉCTRICA DEL SISTEMA

memoria de cálculo

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