Corrosión externa: Modelización de la corrosión para la integridad de las tuberías 

La corrosión externa supone un riesgo importante para las infraestructuras. Las tuberías, en concreto, son vulnerables a la corrosión externa, que puede provocar fugas, roturas y daños medioambientales si no se controla. Conocer los índices de corrosión es esencial para evaluar la salud de las estructuras y predecir su vida útil. Los ingenieros pueden tomar decisiones informadas sobre el mantenimiento de las tuberías y las estrategias de sustitución calculando su vida remanente. Este artículo profundiza en los factores clave que influyen en la velocidad de corrosión de las tuberías enterradas y en un modelo de corrosión que los ingenieros utilizan para predecir la velocidad de corrosión futura de las tuberías enterradas. 

La corrosión externa es un proceso gradual que conduce al deterioro de las superficies metálicas de las tuberías. Este fenómeno surge de reacciones electroquímicas influidas por factores ambientales como la composición del suelo, los niveles de humedad y las condiciones atmosféricas. Estos elementos interactúan continuamente, dando lugar a la oxidación, comúnmente conocida como herrumbre. Con el tiempo, esta degradación persistente compromete la integridad estructural de las tuberías, lo que plantea riesgos significativos para su resistencia y vida útil operativa.

El proceso de corrosión comienza cuando se forman zonas anódicas y catódicas en la superficie metálica. En el ánodo se produce la oxidación, que hace que el metal pierda electrones. Estos electrones viajan a través de la tubería, participando en reacciones catódicas que producen iones. Finalmente, estos iones reaccionan con el agua y el oxígeno, formando óxido y otros compuestos de óxido de hierro. Esto crea un círculo vicioso de deterioro, acelerando aún más el proceso de corrosión. 

La corrosión es un fenómeno complejo en el que influyen múltiples factores que dictan su velocidad de aparición. La velocidad de corrosión varía significativamente en función de las condiciones ambientales, las propiedades del revestimiento y las medidas de protección aplicadas.

- Corrosividad del entorno exterior (suelo/agua): Los parámetros clave incluyen el contenido de humedad, el tamaño de las partículas, la concentración de sales solubles, el contenido de oxígeno y las poblaciones microbianas. Estos factores influyen significativamente en la corrosividad del entorno. Los métodos típicos para evaluar la corrosividad del suelo (Tasa de Corrosión Base) incluyen la medición de la resistividad del suelo, el pH y el potencial redox del suelo (Eh). Por ejemplo, los valores de resistividad más bajos se asocian con tasas de corrosión más altas. Los suelos con una resistividad inferior a 500 Ω-cm pueden presentar índices de corrosión que oscilan entre 0,1 y 0,5 mm al año, mientras que los suelos con una resistividad superior a 2000 Ω-cm suelen mostrar Índices de Corrosión mucho más bajos, a menudo inferiores a 0,05 mm al año.  

Tabla de índices de corrosión en función del tipo de suelo - válida para tuberías off-shore 

Ejemplo: 
Si nuestra tubería está enterrada en marga compacta con una Resistividad entre 5000 y 20000 Ω-cm, su Tasa de Corrosión Base sería de 0,01 mm/año. 

- Eficacia de la protección de los revestimientos: La eficacia de los revestimientos protectores, como pinturas o capas especiales, es vital para salvaguardar el metal de la corrosión. Esta eficacia se ve influida por el tipo de revestimiento, su antigüedad y su degradación con el paso del tiempo. Es esencial evaluar la eficacia del revestimiento tanto para la tubería principal como para las juntas de campo, tomando el valor más bajo para identificar el eslabón más débil del sistema de protección. Las inspecciones y revisiones periódicas garantizan que estos revestimientos proporcionen una protección adecuada. 

La edad del revestimiento se calcula restando la fecha de instalación de la fecha actual.  
Edad del revestimiento = Fecha actual - Fecha de instalación 
Ejemplo: 
Si la Evaluación se realizó en enero de 2016 y el Revestimiento se instaló en enero de 1999, la La edad de recubrimiento sería de 17 años. 

Para calcular el eficacia de la protección de la tubería principal y de la junta de campopuede consultar tablas específicas que clasifican los revestimientos en clases en función de su tipo. Cada clase tiene variables asociadas que influyen en la eficacia. 
Ejemplo:  
Supongamos que el revestimiento exterior de nuestra tubería es "Cinta Doble Envoltura" y el revestimiento de la junta es "Cinta" y el La eficacia del revestimiento se calculó en un 38%. 

- Eficacia de la protección catódica (PC): Sistemas CP mitigan la corrosión aplicando una carga eléctrica negativa a la superficie metálica. Su eficacia depende de factores como el potencial eléctrico y la cobertura, evaluados mediante técnicas de inspección como las Inspecciones de Potencial en Puestos de Prueba y las Inspecciones de Potencial a Intervalo Cercano. En la tabla siguiente puede ver cómo se determina la eficacia de la disponibilidad: 

 
Tabla de eficacia de la disponibilidad que muestra la correlación con la disponibilidad del sistema CP  

Un objetivo común para las tuberías de acero es alcanzar un potencial de -850 mV o más frente a un electrodo de referencia de cobre/sulfato de cobre.  

Como se muestra en el cuadro siguiente, existe una correlación directa entre el potencial del sistema de protección catódica y la eficacia del nivel de protección CP. 

 
La tabla de Eficacia del Nivel de Protección CP muestra la correlación entre el Potencial CP en condiciones Aeróbicas y Anaeróbicas y la Eficacia del Nivel de Protección CP. 

Para calcular la Eficacia de la Protección Catódica, hay que multiplicar la Eficacia del Nivel de Protección CP y la Eficacia de la Disponibilidad CP y dividirlas por 100. 

Eficacia del CP = Eficacia del nivel de protección del CP / 100 x Eficacia de la disponibilidad del CP / 100 
Ejemplo: 
Si el potencial del sistema CP es de -850 mV, la eficacia del nivel de protección CP es del 100%. Si la disponibilidad de nuestro sistema CP es del 90%, la Eficacia de Disponibilidad CP es del 50%. Por lo tanto, el cálculo sería:  
Efecto CP = (100 / 100) x (50 / 100) = 0,5  
El resultado es una eficacia de la protección catódica del 50%. 

La corrosión externa es un depredador sigiloso que devora lentamente las paredes de las tuberías desde fuera hacia dentro, arrancando material y reduciendo el grosor de las paredes. Si no se controla, este insidioso proceso puede provocar fallos estructurales catastróficos, con las consiguientes fugas, explosiones y desastres medioambientales.

Para hacer frente de forma proactiva a los retos relacionados con la corrosión, los operadores adoptan cada vez más un enfoque basado en datos que se nutre de diversas fuentes de información. Las tasas históricas de corrosión proporcionan una comprensión fundamental de la progresión de la corrosión a lo largo del tiempo, mientras que las inspecciones en línea (ILI) proporcionan diagnósticos en tiempo real del estado de las tuberías, ofreciendo una visión inmediata de las condiciones actuales. En el centro de esta estrategia se encuentra la modelización predictiva, que emplea algoritmos avanzados para evaluar factores como la corrosividad ambiental, el rendimiento del revestimiento y la eficacia de la protección catódica, lo que permite a los operadores prever los retos futuros y aplicar estrategias de mitigación eficaces.

Aunque existen varios modelos de corrosión, nos centraremos en uno específico para calcular la Tasa de Corrosión Externa. La ecuación que se puede utilizar para este fin es

Modelo Tasa de Corrosión Externa = (1 - Eff) × CR Base

Aquí,CR Basees la tasa de corrosión del suelo, influenciada por factores ambientales como el contenido de humedad y la resistividad del suelo. La eficacia de las medidas de protección contra la corrosión, denominadaEff, se calcula mediante:

Eff = (1 - Eficacia de la protección catódica) × (1 - Eficacia de la protección del revestimiento)

Esta fórmula calcula un porcentaje que revela la fuerza combinada de nuestro sistema de protección catódica y de los revestimientos protectores.Este porcentaje se multiplica por la velocidad de corrosión del suelo para calcular la velocidad de corrosión externa del modelo.

Ejemplo:
Imaginemos que la Eficacia de la Protección Catódica es del 50% y la Eficacia de la Protección del Revestimiento es del 35%. Ahora, para encontrar la Eficacia global, puede introducir estos números en nuestra fórmula:
Eficacia = (1 - 0,5) x (1 - 0,38)
Haciendo los cálculos, se obtiene una eficacia de 0,31, es decir, el 31%.
Ahora vayamos un paso más allá y calculemos la Tasa de Corrosión Externa del Modelo. Utilizando nuestros resultados anteriores, se aplica la fórmula:

Índice de CorrosiónExterna del Modelo= (1 - 0,31) x 0,01

Este cálculo nos da un Índice de Corrosión del Modelo de 0,069 mm/año.
Comparando la tasa de corrosión del modelo con los datos de otras fuentes, se pueden prever las tasas de corrosión futuras y utilizarlas para calcular la vida útil restante de los segmentos de tuberías y crear planes de inspección eficaces.

Ejemplo:
Si las Tasas de Corrosión Pasadas promediaron 0,07 mm/año y el modelo predice un aumento debido a cambios en las condiciones ambientales, la Tasa de Corrosión Futura podría ajustarse a 0,1 mm/año. 

Si busca la herramienta definitiva para gestionar la corrosión externa, no busque más: el software IMS PLSS (Integrity Management System Pipeline and Subsea Systems). Esta solución de vanguardia funciona como un eje centralizado que integra a la perfección datos de diversas fuentes, como inspecciones, evaluaciones y estudios de protección catódica. El Módulo de Corrosión Externa va un paso más allá al incorporar el modelo de predicción de corrosión EXCOR, que calcula las Tasas de Corrosión Modelo basándose en factores de control críticos. Esta potente combinación permite a los operadores prever futuros escenarios de corrosión combinando datos históricos con análisis predictivos. Con IMS PLSS, puede gestionar de forma proactiva la integridad de las tuberías, abordar los retos de la corrosión externa y realizar predicciones basadas en datos sobre las tasas de corrosión para garantizar la longevidad y fiabilidad de sus sistemas de tuberías.