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.
DENSIDADE DE CORRENTE
Obteno da densidade de corrente:
Levantamento de curvas de polarizao em laboratrio;
Associada resistividade do eletrlito; Informaes normativas ou literrias; Utilizao de experincias prticas.
DENSIDADE DE CORRENTE
Exemplo de curva obtida em laboratrio:
DENSIDADE DE CORRENTE
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
DENSIDADE DE CORRENTE
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!
DENSIDADE DE CORRENTE
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
RESISTNCIA ESPECFICA DO REVESTIMENTO
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.
RESISTNCIA ESPECFICA DO REVESTIMENTO
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
RESISTNCIA ESPECFICA DO REVESTIMENTO
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
ATENUAO DE POTENCIAL
Resistncia linear do duto:
Onde: (ao)=1,8x10-7m; e: Espessura do tubo (m); d: Dimetro externo do duto (m).
1000 edrao
ATENUAO DE POTENCIAL
Resistncia transversal do duto:
Onde: Re: Resistncia especfica do revestimento (m2); d: Dimetro externo do duto (m).
10001 d
RR et
ATENUAO DE POTENCIAL
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
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