prot catodica parte4

PROTEO CATDICA

EFETIVO COMBATE CORROSO ELETROQUMICAPARTE 4: DIMENSIONAMENTO

Este material contm informaes classificadas como NP-1

FLUXOGRAMA DE UM PROJETO

CALCULANDO A CORRENTE NECESSRIA

A demanda de corrente total pode ser determinada usando-se a Equao:

ONDE: S = superfcie da estrutura a proteger (m2); j = densidade de corrente (A/m2); fC = fator de falha do revestimento, adimensional; k = coeficiente de segurana (entre 1 e 1,25).

kfjSI Ctot

SISTEMAS SUBMARINOS

Projetos de sistemas submarinos geralmente trabalham com 3 correntes diferentes: inicial, mdia e final.

Corrente inicial: intensidade de corrente necessria polarizao de uma estrutura;

Corrente mdia: intensidade de corrente necessria manuteno da polarizao de uma estrutura ao longo da sua vida til;

Corrente final: intensidade de corrente necessria proteo de uma estrutura ao final de sua vida til.

DENSIDADE DE CORRENTE

A densidade de corrente de proteo caracteriza a corrosividade do eletrlito e funo de vrios fatores, tais como:

Composio qumica; pH; Teor de umidade; Temperatura; Presena de bactrias; Resistividade eltrica.


Obteno da densidade de corrente:

Levantamento de curvas de polarizao em laboratrio;

Associada resistividade do eletrlito; Informaes normativas ou literrias; Utilizao de experincias prticas.


Exemplo de curva obtida em laboratrio:


Utilizando os dados da resistividade mdia do eletrlito, possvel utilizar esta frmula emprica para calcular a densidade de corrente (para eletrlitos entre 30 e 80.000 .cm):

ONDE: j = densidade de corrente (mA/m2); = resistividade mdia do solo (.cm).

log35,1373,73 j


Exemplos de fontes normativas:

DNV RP B401 60 a 250gua do mar

ISO 15589-230 a 380gua do mar

ISO 15589-1

Fonte

5 a 30Solos diversos

Densidade de corrente (mA/m2)

Ambiente

A densidade depende das condies do eletrlito!


Exemplo de fonte literria: plataforma fixa

FATOR DE FALHA DO REVESTIMENTO

Exemplo de fonte normativa (ISO 15589-1):

)( tffifC

EFICINCIA DO REVESTIMENTO

Exemplo de fonte normativa (DNV RP B401):

)( tbafC

DENSIDADE DE CORRENTE PARA ESTRUTURAS REVESTIDAS (jC)

Exemplo de fonte normativa (ISO 15589-1):

Ctot jSI Neste caso:

EXERCCIO 1

Calcular a corrente de PC necessria ao duto abaixo, para uma vida til de 20 anos: Dimetro do duto: 30; Comprimento do duto: 100 km; Revestimento polietileno tripla camada; Resistividade mdia do solo: 60.000 .cm.

OBS: Utilizar k=1

EXERCCIO 1

rea do duto:

Densidade de corrente:

Revestimento:

Corrente total:

2________ mSLDS

2/_______)log(35,1373,73

mmAjj

______)(

C

C

ftffif

AIfjSI

tot

Ctot

______

EXERCCIO 1

rea do duto:

Densidade de corrente:

Revestimento:

Corrente total:

2389.239 mSLDS

2/94,9)log(35,1373,73

mmAjj

007,0)(

C

C

ftffif

AIfjSI

tot

Ctot

66,16

EXERCCIO 2

Repetir o exerccio anterior substituindo o polietileno por coal-tar.

Revestimento:

Corrente total:

_______)(

C

C

ftffif

AIfjSI

tot

Ctot

______

EXERCCIO 2

Repetir o exerccio anterior substituindo o polietileno por coal-tar.

Revestimento:

Corrente total:

028,0)(

C

C

ftffif

AIfjSI

tot

Ctot

63,66

CLCULO DAS RESISTNCIAS DO CIRCUITO

Definio da escolha do tipo de sistema:

CLCULO DAS RESISTNCIAS DO CIRCUITO

RESISTNCIA DO ANODO

Resistncia de um anodo instalado verticalmente com a terra:

Onde: : Resistividade eltrica do solo (m); L: Comprimento do anodo; d: Dimetro do anodo.

182, d

LnL

R rev

RESISTNCIA DO ANODO

Resistncia de um anodo instalado verticalmente com a terra:

RESISTNCIA DO ANODO

Resistncia de vrios anodos instalados verticalmente com a terra:

Onde: : Resistividade eltrica do solo (m); L: Comprimento do anodo; d: Dimetro do anodo; N: Nmero de anodos; s: Espaamento entre anodos.

)656,0(2182,

NnsL

dLn

NLR rev

RESISTNCIA DO ANODO

Resistncia de um anodo instalado horizontalmente com a terra:

Onde: : Resistividade eltrica do solo (m); L: Comprimento do anodo; d: Dimetro do anodo; t: Profundidade.

LtParatdLn

LR reh

:2

2

,

LtParadLn

LR reh

:

22,

RESISTNCIA DO ANODO

Resistncia de um anodo instalado horizontalmente com a terra:

RESISTNCIA DO DUTO

Pode-se estabelecer ou calcular a resistncia de contato do duto com o solo, atravs do revestimento:

RESISTNCIA DO DUTO

Um dos mtodos assumir um valor de resistncia especfica do revestimento (rc) para calcular a resistncia de contato do duto com a terra:

Onde: Rp,re : Resistncia do duto para a terra (); rc : Resistncia especfica do revestimento (m2); AS : Superfcie do duto (m2);

S

crep A

rR ',

RESISTNCIA ESPECFICA DO REVESTIMENTO

um valor tabelado para uma resistividade do solo de 1000 cm.

necessrio fazer a converso (regra de 3) para a resistividade mdia do duto.

Valores prticos para: Polietileno tripla camada: > 10.000 m2 Coal tar: Entre 2.000 e 10.000 m2


Exemplo: calcular a resistncia de contato com o solo de um duto de 1000 m de comprimento, dimetro de 21,9 cm, resistncia especfica do revestimento de 5000 m2 (em 1000 cm) em um solo de resistividade de 7000 cm.


Calcular a resistncia especfica para a resistividade de 7000 cm:

Superfcie do duto:

Resistncia do revestimento:

2________)7000('1000

)()1000(')7000('

mcmr

dutocmrcmr

c

cc

2______ mLDAS

_______',S

crep A

rR


Calcular a resistncia especfica para a resistividade de 7000 cm:

Superfcie do duto:

Resistncia do revestimento:

2000.35)7000('1000

)()1000(')7000('

mcmr

dutocmrcmr

c

cc

2688mLDAS

9,50688

35000',

S

crep A

rR

RESISTNCIA DO CABO ELTRICO

A resistncia do cabo , via de regra, desprezvel no clculo de um sistema de proteo catdica.

Deve-se buscar escolher uma bitola de cabo que seja suficiente para conduzir com folga a corrente necessria.

CAPACIDADE DE CONDUO DO CABO ELTRICO

CLCULO DA VIDA TIL DOS ANODOS CONSUMVEIS

Anodos consumveis so aqueles que perdem massa ao longo de sua vida til. So eles:

Anodos galvnicos (alumnio, zinco e magnsio); Anodos inertes (grafite, ferro-silcio e ao).

OBS: Anodos inertes de titnio ou platina que no perdem massa no necessitam desta etapa.

CLCULO DA VIDA TIL DOS ANODOS CONSUMVEIS

Taxa de consumo tpicos para diferentes anodos no solo:

CLCULO DA VIDA TIL DOS ANODOS CONSUMVEIS GALVNICOS

Onde: M: Massa de anodos (kg); IP: Corrente de proteo (A); V: Vida til (Anos); Fu: Fator de utilizao; C: Capacidade de corrente (Ah/kg).

CFuVIM P

8760

CLCULO DA VIDA TIL DOS ANODOS CONSUMVEIS GALVNICOS

Capacidade de corrente por tipo de anodo: Zn = 740 Ah/kg; Mg = 1.100 Ah/kg; Al = 2.200 Ah/kg.

Fator de utilizao depende da geometria do anodo: 0,90 = Cilndricos e em barra; 0,85 = Planos; 0,75 = Braadeira.

Dutos terrestres

CLCULO DA VIDA TIL DOS ANODOS CONSUMVEIS INERTES

Onde: M: Massa de anodos (kg); IP: Corrente de proteo (A); V: Vida til (Anos); D: Taxa desgaste do anodo

Fe/Si 0,4 kg/A.ano; Grafite 1,0 kg/A.ano; Ao (sucata) 9,2 kg/A.ano.

VIDM P 85,0

CLCULO DO NMERO DE ANODOS GALVNICOS (1)

Uma vez determinada a massa total mnima de anodos necessria, possvel calcular o nmero de anodos para um determinado tipo de anodo especificado.

anodo) do lquida (massa)necessria mnima massa(

liqMMn

CLCULO DO NMERO DE ANODOS GALVNICOS (2)

preciso verificar se os anodos enterrados iro fornecer a corrente de proteo catdica necessria.

Onde: V: Diferena de potencial do anodo e a estrutura

polarizada (-850mV); R: Resistncia do leito de anodos + resistncia do

duto

totalanodo R

VI

POTENCIAIS NOMINAIS DOS ANODOS GALVNICOS

-1,05 a -1,10VAlumnio

-1,10VZinco

-1,55 a -1,75VMagnsio

PotencialAnodo

LOCAO DO LEITO DE ANODOS EM UM SISTEMA POR CORRENTE GALVNICA

Um sistema de proteo catdica de dutos terrestres protegido por anodos galvnicos geralmente aplicvel em dutos com excelente revestimento.

recomendvel que os anodos sejam instalados ao longo de todo o duto para melhor distribuio da corrente.

EXERCCIO 4 Calcular um sistema de proteo catdica

galvnico para um duto com as seguintes caractersticas: Comprimento: 8 km; Dimetro externo: 4,5 (11,43 cm); Eficincia do revestimento: 99%; Densidade de corrente requerida: 20mA/m2; Resistividade do solo: 3.500 cm; Vida til do sistema: 10 anos; Resistncia do duto com o solo desprezvel.

EXERCCIO 4

1 passo: Calcular a corrente requerida:

2 passo: Calcular a massa total de anodo:

2873.2 mSLDS

AIfjSI C

575,0

kgMCFu

VIM P

51

8760

EXERCCIO 4

3 passo: Escolher o anodo (N-1783):

3 anodos MCE-20,8

EXERCCIO 4

4 passo: Verificar a corrente fornecida por anodo:

1,14

1101508

15023500

182

,

,

,

rev

rev

rev

R

nR

dLn

LR

mAI

mAI

tot 192

641,14

85,075,1

EXERCCIO 4 5 passo: Escolher outro modelo de anodo:

11 anodos MCE-5,3

EXERCCIO 4

6 passo: Verificar a corrente fornecida por anodo:

6,16

151508

15023500

182

,

,

,

rev

rev

rev

R

nR

dLn

LR

mAI

mAI

tot 594

546,16

85,075,1

CLCULO DO RETIFICADOR E LEITO DE ANODOS INERTES

Assim como num sistema galvnico, preciso calcular a corrente de proteo catdica fornecida.

Onde: V: Diferena de potencial entre o retificador e a

polarizao do sistema. (OBS: Geralmente usado o valor da prpria sada do retificador);

R: Resistncia do leito de anodos + resistncia do duto.

totalanodo R

VI 9,0

EXERCCIO 5

Calcular um sistema de proteo catdica por corrente impressa para um duto com as seguintes caractersticas:

Comprimento: 30 km; Dimetro externo: 14 (35,56 cm); Eficincia do revestimento: 99%; Densidade de corrente requerida: 20mA/m2; Resistividade do solo: 4.000 cm; Resistncia do duto com o solo 1 .

EXERCCIO 5

1 passo: Calcular a corrente requerida:

2 passo: Escolhendo uma tenso de sada para o retificador: 30V

2515.33 mSLDS

AIfjSI C

7,6

0,3

9,0 ,

mx

epRET

mx

R

RI

VR

EXERCCIO 5

3 passo: Calcular a resistncia do leito de anodos

Exemplo: 10 anodos com d=20cm; L=200cm; s=500cm (dimenses com enchimento).

)656,0(2182,

NnsL

dLn

NLR rev

57,1,revR

LOCAO DO CONJUNTO RETIFICADOR / LEITO DE ANODOS EM UM SISTEMA POR

CORRENTE IMPRESSA Pr-requisito: entender o conceito da

atenuao do potencial.

ATENUAO DE POTENCIAL

possvel calcular o coeficiente de atenuao de potencial de proteo catdica:

Onde: a: Coeficiente de atenuao; r: Resistncia linear do duto (/km); Rt: Resistncia transversal do duto (km).

tRra


Resistncia linear do duto:

Onde: (ao)=1,8x10-7m; e: Espessura do tubo (m); d: Dimetro externo do duto (m).

1000 edrao


Resistncia transversal do duto:

Onde: Re: Resistncia especfica do revestimento (m2); d: Dimetro externo do duto (m).

10001 d

RR et


Tenso num ponto x do duto:

axVV xl cosh

ATENUAO DE POTENCIAL NA PRTICA

Muito pouco utilizada...

Vale mais a experincia do projetista e a realizao de testes de campo.

Calcula-se a corrente necessria para toda uma extenso de duto e define-se pela distribuio dos conjuntos retificadores e leitos de anodos.

ATENUAO DE POTENCIAL NA PRTICA

O espaamento do conjunto retificador / leito de anodos depende basicamente:

Do nmero de dutos que se quer proteger;

Da qualidade do revestimento destes dutos;

Interferncias eltricas e/ou outras situaes indesejadas.

FIM DA PARTE 4

prot catodica parte4

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