Monitoreo de las tuberías: gestión de la protección catódica en Italia 2/2

Por Ivano Magnifico, Gerente de Producto AUTOMA
De la ponencia «Back to the future: cuando el pasado ya es el futuro»
SMART GRID DAYS 2025, 8 – 9 de octubre de 2025.

¿Estamos utilizando como deberíamos los datos que recibimos de los sistemas de monitoreo de la protección catódica? Para comprenderlo, hacemos un resumen de la historia, de la actualidad y del futuro del monitoreo de las tuberías, poniendo en particular la atención en lo que damos por supuesto y nos parece normal porque lo vemos todos los días.

En este artículo y el anterior hablamos de las modalidades de monitoreo y de cómo se puede optimizar la transmisión de datos, mostrándote también algunos casos concretos.

Con estos contenidos nos dirigimos sobre todo a los lectores extranjeros que tienen gestiones diferentes a las que tenemos en Italia. Pero, en cualquier caso, el resumen puede ser útil también para los italianos para ver si estamos trabajando al mejor de nuestras posibilidades.

Monitoreo remoto para la protección catódica

Para una definición de monitoreo remoto consulta aquí.

Veamos ahora cómo la información recopilada puede ayudarnos a realizar nuestras actividades diarias. Para obtener una protección catódica eficaz y eficiente, lo primero que hay que hacer es comprobar que los dispositivos que utilizamos (por ejemplo, rectificadores, dispositivos de desacoplamiento, dispositivos de mitigación, etc.) funcionan correctamente. La norma ISO 15589-1 nos da una indicación de los dispositivos que deben comprobarse para garantizar la protección catódica:

• Puntos de medición
• Rectificadores de protección catódica
• Estación de drenaje unidireccional
• Conexiones a estructuras de terceros (resistivas o directas)
• Dispositivos de desacoplamiento AC/DC
• Ánodos galvánicos

Rectificador: parámetros de monitoreo

A continuación se muestran los parámetros a monitorear en el rectificador para garantizar que esté funcionando correctamente.

• Corriente de salida DC
• Tensión de salida DC
  • Tensión de salida AC: alarma si el valor medio es superior al umbral definido
• Presencia/ausencia de alimentación principal (alarma en tiempo real)
• Potencial DC estructura y Tensión AC
• Potencial OFF en la estructura
• Instant-off en probeta para medir el potencial IR-free
  • Densidad de corriente DC y AC en probeta

Cuando hablamos de distribución de gas-redes dentro de las ciudades, uno de los aspectos más críticos es la vida útil del lecho anódico: mientras el lecho anódico esté operativo, podemos suministrar electricidad, pero cuando se desgasta se convierte en un problema, porque puede llevar incluso un año o dos antes de que podamos obtener los permisos para realizar la obra. Por lo tanto, sería conveniente que, además del resto de información que recibimos, también pudiéramos saber si el lecho anódico está llegando al final de su vida útil y cuándo.

Rectificador: evaluación del estado del lecho anódico

En el gráfico a continuación, no estamos midiendo la impedancia (relación entre tensión y corriente) para estimar la resistencia total del circuito, sino que medimos solo la tensión de salida en un rectificador que siempre ha funcionado con corriente constante;  por lo tanto, la evolución de la tensión sigue la evolución de la impedancia total vista desde el rectificador.

El período de referencia es 2012-2020. Observando el gráfico, reconocemos claramente la evolución estacional, es decir el cambio en la resistencia del terreno entre los períodos de verano e invierno. Sin embargo, también se puede observar una cierta linealidad dada por la evolución de la pérdida de volumen del lecho anódico a lo largo del tiempo. Cuando nos acercamos al final de la vida útil, perdemos esta tendencia lineal, que tiende a volverse exponencial, lo que nos puede ayudar a predecir con un par de años de antelación el momento en que será necesario un nuevo lecho anódico.

Drenaje unidireccional

Cerca de una línea ferroviaria, en el punto en el que la interferencia crea en nuestra tubería una zona anódica de corriente que vuelve al circuito original, necesitaremos un drenaje, si no hay otras formas de solucionar el problema.

El objetivo del drenaje es permitir que la corriente, que absorbemos en la zona catódica de la línea del tren, vuelva a través de un circuito eléctrico al carril y a la subestación correspondiente. Claramente queremos que esta corriente sólo fluya de regreso a la subestación y no al revés.

Otro parámetro interesante es la diferencia de potencial entre la estructura y el carril: cuando la estructura es más positiva que el carril, esperamos que fluya algo de corriente, volviendo al circuito original; mientras que, cuando la polarización está invertida, esperamos que no fluya corriente a través del diodo, porque está polarizado inversamente.

Los parámetros de monitoreo son:

• Corriente de drenaje DC
  • Condición normal: Ir ≥ 0
  • Alarma si Ir < 0 (diodo dañado)
• Potencial tubo – carril (Erail)
  • Condición normal: -V < Erail < 0,7 V + Ir (Rb+Rpr)
    (Rpr = resistencia parásita del diodo)
• Potencial DC estructura y Tensión AC
• Potencial OFF en la estructura
• Instant-off en probeta para medir el potencial IR-free
  • Densidad de corriente DC y AC en probeta

Casos reales

Drenaje unidireccional: detección de fallo del diodo

Veamos algunos ejemplos prácticos. A continuación se muestra la evolución de la corriente del diodo durante una serie de días: la corriente fluye siempre en una sola dirección hasta el 22 de mayo. Como se muestra, tras el fallo, nuestra tubería está recibiendo 55 A, 134 A y 68 A del carril a través de una conexión eléctrica: sin embargo, esta corriente debe volver a su circuito original. Generalmente la corrosión no es un fenómeno rápido, pero en este caso puede llegar a serlo. Por lo tanto, es imprescindible recibir una alarma para poder intervenir con rapidez.

En referencia a la unidad remota de adquisición de datos, cabe destacar que, en ocasiones, podemos solicitar al dispositivo que descargue las mediciones segundo a segundo para analizar en detalle lo que ha sucedido, y eso es lo que hemos hecho en este ejemplo. Hemos descargado el registro de medidas segundo a segundo del día en que se rompió el diodo. A continuación podemos ver la corriente drenada, el potencial On y el potencial tubo-carril.

Dispositivo de mitigación AC: parámetros de monitoreo

El desacoplador de corriente alterna es un gran condensador entre el tubo y la toma de tierra que permite que la corriente alterna se descargue hacia la toma de tierra, mientras que permanece como un circuito abierto para la corriente continua.

¿Qué monitoreamos?

• Corriente AC descargada;
• Corriente DC:
  • Condición normal: media I_DC= 0
  • Alarma si media I_DC ≠ 0
    (desacoplador dañado, presencia de ruta resistiva)
• Potencial de la toma de tierra (E_gnd):
  • Alarma si E_gnd cambia a valores más negativos;
• Potencial DC estructura y Tensión AC;
• Potencial OFF en la estructura;
• Instant-off en probeta para medir el potencial IR-free
  • Densidad de corriente DC y AC en probeta

Dispositivo de mitigación AC: detección de un fallo

El informe diario muestra la corriente continua registrada en varios días, hasta el día en que el valor medio deja de ser cero.

Considerando el potencial de la toma de tierra, vemos que la variación es leve, esto se debe a que la red de tierra es muy extensa y se necesita mucha corriente para generar una variación significativa de potencial. Sin embargo, si observamos el gráfico de la derecha, podemos ver que el potencial varía mucho, pasando de -1,7 V a -1 V. En este caso, estamos bastante lejos del alimentador que no se da cuenta de que hay algo que está absorbiendo corriente.Entonces, el rectificador continúa funcionando perdiendo 600-700 mV en el potencial ON.

Por lo tanto, podemos identificar el día y detectar la presencia del fallo, analizando también la evolución temporal. Esto es importante porque si tengo que hacer un análisis histórico de los datos (no solo sobre este punto de medición, sino también sobre otros puntos del sistema), disponer de una señal que me permita comprender en qué periodo el descargador de corriente alterna no funcionaba correctamente me permite correlacionar también los demás valores.

Protección catódica eficaz

Para garantizar que la protección catódica sea efectiva, la norma ISO 15589-1 define dos pasos:

• Evaluación general
  • Las mediciones de potencial ON se realizan en todos los puntos de medición o al menos en aquellos seleccionados.
• Evaluación detallada y completa
  • Las mediciones de potencial OFF se realizan preferiblemente en todos los puntos de medición.
  • Cuando no es posible realizar la medición de potencial OFF en el tubo, se requieren mediciones de potencial OFF utilizando sondas o probetas en intervalos de tiempo significativos.

La norma NACE SP0169, equivalente a la 15589-1, establece los siguientes criterios:

• Un mínimo de 100 mV de polarización catódica.
• Potencial estructura-electrolito igual o más negativo que -850 mV con respecto a un electrodo de referencia saturado de cobre/sulfato de cobre (CSE).
  • Este potencial puede ser una medida directa del potencial polarizado o un potencial ON.
• Uso de probetas de protección catódica para determinar los niveles de densidad de corriente, potencial de corrosión y niveles de polarización.

Evaluación del potencial ON

El gráfico a continuación muestra que estamos protegidos durante todo el año. Sin embargo, hay un período en el que el máximo diario está fuera de protección. Esto no significa que estemos ante un riesgo grave de corrosión, ya que también debemos evaluar el resto de información que proporciona el informe diario (por ejemplo, el tiempo fuera de protección).

Potencial de instant-off en probeta

Técnica de medición

Realizamos la medición instant-off con la probeta y conseguimos eliminar la caída de IR. Esta es una medición que podemos realizar simplemente tomando los valores de instant-off: se realiza durante unos pocos milisegundos y podemos repetirla una vez por segundo. Por lo tanto, tenemos una relación de 1 a 1 entre el potencial de instant-off en la probeta y el potencial ON.

Informe diario

En el informe a continuación vemos los puntos de medición, los máximos fuera de protección y los tiempos fuera de protección. En este caso, el tiempo fuera de protección del potencial ON es de entre dos y cinco horas. Por lo tanto, podría verme obligado a salir al campo para comprenderlo que está sucediendo.

Como se ha mencionado anteriormente, aquí estamos evaluando si somos catódicos o no;no podemos saber cuál es el potencial IR-free para compararlo con el criterio que aplicamos. Las probetas nos ayudan: si examinamos esos mismos días y la medida de instant-off en la probeta donde eliminamos el IR, vemos que el tiempo real fuera de protección es en cambio insignificante.

En un conjunto de medidas en las que puedo tener varios puntos en los que el potencial ON no está protegido, la medida de la probeta me permite filtrar todos aquellos puntos donde en realidad solo hay una caída óhmica en el terreno y analizar solo donde realmente hay necesidad.

Desviación 100 mV

Teniendo la probeta y pudiendo controlarla remotamente, también podemos evaluar el criterio de desviación de 100 mV: puedo descargar la medida segundo a segundo y realizar la evaluación.

Interferencia DC

El gráfico a continuación es interesante porque tenemos el potencial ON de 24 horas y el potencial de instant-off en la probeta. Tener ambas medidas nos permite evaluar el efecto de las interferencias.

Mirando la fase nocturna, las dos líneas son prácticamente paralelas. Durante el paso de los trenes, en cambio, el potencial ON persigue todas las corrientes que circulan por el terreno (no es seguro que estas corrientes entren en nuestra estructura). Por lo tanto, la posibilidad de evaluar las dos curvas en paralelo nos permite comprender cuándo la interferencia genera corrientes solo hacia el terreno y cuándo, en cambio, también las genera hacia la estructura, con las consiguientes condiciones catódicas y anódicas.

Potencial ON vs instant-off en probeta

En la imagen de abajo mostramos un ejemplo muy interesante. En una condición de interferencia, descargo la medida segundo a segundo. Tenemos 30 segundos de medición donde hay potencial ON y corriente en la probeta. La corriente en la probeta cuando es catódica es positiva, mientras que cuando es anódica es negativa. Por lo tanto, aquí tenemos el efecto de una interferencia anódica que dura aproximadamente 15 segundos, con un pico máximo de 4 A/m². Por lo tanto, tenemos: interferencia anódica, densidad de corriente de 4 A/m²y potencial ON positivo (+ 0,65 V CSE).

La primera acción que se nos ocurre para eliminar un potencial positivo es aumentar la corriente. Sin embargo, en este caso, analizando los valores medios diarios, estamos en una fuerte sobreprotección (-1,3 V CSE), por lo que aumentando la corriente empeoraríamos aún más la situación.
Aquí es donde entra en juego la discusión que teníamos antes: la importancia de poder evaluar el tiempo fuera de protección. Esto se debe a que si la estructura está protegida durante un período de 24 horas, 30 segundos de interferencia anódica no son suficientes para generar un riesgo de corrosión. Si en cambio evaluáramos el potencial de instant-off durante esta interferencia, el valor máximo más positivo que alcanzaríamos sería -1,1 V. Por lo tanto, sería perjudicial aumentar la corriente. Si el resto del sistema de protección catódica lo permitiera, podríamos incluso considerar reducir un poco la corriente e intentar salir de la condición de sobreprotección.

Por lo tanto, dependiendo de la calidad y el tipo de información que recibo, puedo incluso verme empujado a tomar decisiones completamente opuestas, pero corro el riesgo de tomar las equivocadas. Cuanto más información pueda obtener, más confianza tendré en mis acciones porque están respaldadas por datos, lo que reduce la probabilidad de error.

Interferencia AC

La interferencia alterna es bastante sutil, porque depende en gran medida de las condiciones del terreno. Las condiciones del terreno pueden variar a lo largo del año: una medición que sea conforme en un momento del año no me asegura (a menos que tenga un monitoreo continuo) que será igualmente conforme en otro momento del año.

Si, en este caso, el técnico realizara una medición, encontraría una tensión CA de 1,5 V. Sin embargo, el gráfico siguiente muestra que hay períodos del año en los que se superan incluso los 15 V. Gracias al monitoreo continuo, puedo obtener esta información.

El gráfico siguiente muestra lo que puede suceder en zonas industriales. A continuación se muestra un registro 24h de medidas en una zona industrial donde probablemente haya una empresa con maquinaria con muy mal aislamiento de tierra. Así, en un plazo de 24 horas, podemos contar los ciclos de máquina que están realizando, lo que quizá nos ayude a identificar la fuente y a actuar para resolver el problema.

La densidad de corriente alterna es muy sensible a los cambios en la resistividad del terreno.  Así, dadas las mismas condiciones externas, puedo tener periodos del año en los que la densidad sea superior a 30 A/m², otros en los que quizás, con una resistividad mayor (periodo de verano), la densidad baje drásticamente y luego vuelva a subir.

La configuración de monitoreo en presencia de interferencia alterna se vuelve bastante crítica. Lo que podemos medir es:

• Potencial ON DC en la estructura y Tensión AC
• Potencial de Instant off en la probeta DC
  (10 cm2 u otra dimensión, para la evaluación del criterio de protección)
• Densidad de corriente de la probeta DC
• Densidad de corriente DC y AC en la probeta AC (1 cm²)

Con esta configuración puedo comprobar los siguientes criterios:

• -1,2 V CSE < Potencial de Instant off en la probeta < -0,850 V
  (según ISO 15589-1 y SP0169)
• Tensión AC promedio diario < 15 V CA (según ISO 18086 y SP0177 )
• Promedio diario de Jac < 30 A/m²
  (o Jac < 100 A/m² si el promedio diario Jdc < 1 A/m²)
  (según ISO 18086 y SP21424 )

En este artículo y en el anterior vimos algo que es historia para Italia desde hace 25 años. La capacidad de integrar funciones de monitoreo remoto con el monitoreo de mediciones de alta frecuencia, típica de los registradores de datos, permite, en presencia de una inteligencia local capaz de procesar dichos datos, enviarinformes inteligentes, realizar evaluaciones e identificar fácilmentecondiciones que normalmente son difíciles de detectar.

El técnico no desaparece en esta actividad, pero deja de ser un chófer: puede pasar más tiempo en la oficina, analizando datos concretos y abordando condiciones anómalas con conocimiento, teniendo acceso a datos consistentes.

En un momento en el que los recursos humanos tienden a ser cada vez más escasos dentro de los diversos grupos de protección catódica, una asistencia de este tipo se vuelve esencial para optimizar todas nuestras actividades.

Al igual que Marty McFly en 1955, el resto del mundo está finalmente alcanzando un futuro que ya está presente para nosotros desde hace un cuarto de siglo. La tecnología italiana ha hecho lo mismo que DeLorean, llevando la innovación donde parecía imposible.

AUTOMA diseña y produce soluciones de hardware y software innovadoras, Made in Italy, para el monitoreo y el control remoto en los sectores del petróleo, gas y agua.

Nacimos en 1987 en Italia, y hoy más de 50.000 dispositivos Automa están instalados en más de 40 países en el mundo.

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