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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
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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
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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:
-
21
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