La composición química del agua acompañante del petróleo se presenta en la tabla 5. Se observa que los iones mayoritarios en el agua de capa, son los cloruros (Cl^-), Sodio + Potasio (Na⁺ + K⁺), cuyos valores indican la presencia de agua de mar, filtrada a través de las rocas sedimentarias, dada la proximidad de los yacimientos a las costas. ¹³

Tabla 5

El valor de pH (8,14), está asociado a la capacidad tampón del agua y evita que los niveles de pH del agua lleguen a ser demasiados básicos o ácidos. Teniendo en cuenta la muy alta concentración de iones cloruro (20 078,88 mg/L), la conductividad eléctrica del agua de capa y la del agua de mar (≈ 56 mS/cm) y el pH, pudiera considerarse al agua de capa como similar al agua de mar. El valor de la conductividad (58,15 mS/cm) tiene una marcada influencia en la agresividad corrosiva de esta agua, porque facilita el transporte de cargas y por tanto el fenómeno de la corrosión.

La composición química del acero que se empleó en el estudio se presenta en la tabla 6, obteniéndose un acero estructural que se clasifica como tal según la norma GOST de Rusia.¹⁴

Usualmente se emplean en Cuba, para la construcción y reparación de tanques, los aceros 15 Kp para tanques y el 10 GT para oleoductos de la franja norte costera.

Tabla 6

El acero estudiado puede considerarse como bajo aleado al contener elementos, cuya concentración supera la establecida para los aceros al carbono, sin sobrepasar el 2,5 % en peso.¹⁴

Es conocido que la composición química de los aceros de baja aleación influye poco en la velocidad de corrosión cuando, como en este caso, la difusión del oxígeno es el paso más lento en el mecanismo de la corrosión.

El tanque de crudo que se seleccionó para el estudio pertenece a una batería de tratamiento de la franja norte de crudos. Según inspecciones recientes realizadas no se detectaron salideros o averías en los fondos, que hayan provocado la necesidad de reparar tanques con urgencia, pero la existencia de cierto desgaste en las planchas que conforman los fondos y el primer rolo inferior, determinó la sustitución completa de esta parte del tanque.

Para la reparación del tanque que se seleccionó, se tuvo en cuenta como criterio la disminución de espesores del primer rolo, el tiempo de explotación y el estado del techo, que es otra de las partes más vulnerables del mismo.

En la tabla 7 se presentan las características del tanque objeto de estudio, con sus dimensiones y espesores:

Tabla 7

Por lo general, en cada reparación se cambian el techo, las escaleras, las barandas, parte del fondo y el último rolo. No es extraño que en muchas ocasiones se requiera del cambio total del fondo.

Tradicionalmente, estas estructuras al ser reparadas o de nueva instalación, se protegen con pinturas especiales, sin embargo, no siempre se les aplica un sistema complementario, como puede ser la protección catódica. Un buen recubrimiento con un sistema de protección catódica adecuado, es el método ideal para proteger interiormente el fondo de los tanques, con lo se logra alargar considerablemente el período de vida útil de las planchas de acero, que son muy costosas, unido al trabajo humano y movimiento de recursos que conlleva una reparación capital. ¹¹

Se propone como protección primaria para la protección interior del fondo y el primer rolo, un sistema de pinturas del tipo epoxi-amina y epoxi-fenólico, que debe ser aplicado hasta un espesor total de 300 µm.

Adicionalmente, y como sistema de protección complementaria, se propone un sistema de protección catódica, ya que los recubrimientos no son perfectos porque tienen cierta porosidad y además se deterioran en el tiempo. La protección catódica en estos casos se dirige a aquellas zonas del metal que quedan desprotegidas al fallar localmente la protección por recubrimientos. ¹¹

La NACE (National Association of Corrosion Engineers) recomienda utilizar el sistema de protección catódica por ánodos galvánicos cuando se requieren bajos niveles de corriente de protección, teniendo en cuenta las características del fluido que se almacena. ⁹ Como se trata de una batería de tratamiento de crudo, donde se trasiegan productos altamente inflamables, se considera la mejor opción el empleo del sistema por ánodos de sacrificio. Se escogieron ánodos base aluminio por tener una adecuada capacidad de corriente y menor peso, lo que facilita su instalación. En específico se seleccionaron ánodos de aleación aluminio-indio. ^9;11;16

Para los cálculos se consideró una vida útil de 5 años y un equivalente electroquímico de 1 490 A·h/kg, con una masa por ánodo de 62,5 kg. Los valores de densidad de corriente seleccionados son los mayores para cada uno de los intervalos mencionados en la literatura, ya que se toma en cuenta la alta agresividad del agua acompañante del petróleo proveniente de los pozos de Cuba, es decir, fueron seleccionados los valores críticos del intervalo recomendado. En la tabla 8 aparecen los resultados obtenidos.

Tabla 8

donde

S: Área de acero a proteger

Di: Densidad de corriente recomendada

It: Corriente total necesaria

Ma: Masa de ánodos necesaria

No. Mín: Número mínimo de ánodos necesarios

Posteriormente se siguieron los pasos para la correcta instalación de los ánodos que serán colocados en el fondo del tanque, según un posterior diseño de detalle.

Para el estudio de viabilidad de la protección catódica por ánodos de sacrificio, se realizó la comparación entre el costo de inversión en el montaje de la estructura objetivo (tanque) y el costo de la aplicación del método de protección.

El precio de compra de un tanque de 30 m³ en el año 2012 era de 20 000 USD^{. (18;19)} Se realizó un ajuste por capacidad para 2 000 m³ y se hizo uso de la Regla del Punto 6 (n = 0,6), como se muestra en la ecuación 1:

El costo de un tanque de 2 000 m³ resultó de 248 527,95 USD. Aplicando el método de Peters, ^18;19 se estimó el costo de inversión de instalación del tanque de las características mencionadas, obteniéndose los valores de la tabla 9.

Tabla 9

El costo de inversión total de la instalación del tanque resultó de aproximadamente 1,4 millones de USD.

Por otro lado, el costo de la protección interior del tanque se divide en los siguientes aspectos. ^11;18

Costo de los ánodos de sacrificio

Costo de los recubrimientos empleados

Costo de la mano de obra (se estima que sea hasta el 12 % de cada tarea)

El costo de un ánodo de aleación Aluminio-Indio-Zinc de 37,70 kg de peso en el año 2012 era de € 173,23. ¹⁶ Ajustando por capacidad y actualizando el precio queda que los ánodos utilizados para la protección poseen un precio de € 265,00 cada uno. Para un total de 6 ánodos a utilizar (considerando que el recubrimiento se puede encontrar dañado) el costo de adquisición sería de € 1 590,00.

El costo de la mano de obra se estima en un 12 % del costo total de los ánodos (CUP), entonces el costo de instalación es de 190,8 CUP.

El costo de aplicación de la protección anticorrosiva primaria con pinturas a un tanque de 1 000 m³ en el año 2015 era de 80,82 CUP/m² y 24,29 CUC/m². ⁽¹⁸⁾

En este caso el área a proteger es de 204,72 m², entonces ajustando por capacidad y actualizando el precio por el método de Marshall y Swift mediante la ecuación 2. ²⁰

Queda que el costo de la protección anticorrosiva con pinturas para un tanque de 2 000 m³ es de 25 830,87 CUP y 7 760,94 CUC. Al sumar el costo de la adquisición e instalación del sistema de protección catódica resultan como valores totales 26 021,67 CUP y 9 350,94 CUC. Si se considera una moneda única, se obtiene un valor de 35 372,61. En la tabla 10 se muestra el desglose del costo total de la protección del tanque.

Tabla 10

Es ampliamente considerado que para que la protección anticorrosiva de una estructura sea viable económicamente, el costo de su total aplicación no debe exceder el 5 % del costo de la misma. ⁶ En este caso el importe total de la protección (35 372,61) representa solo el 2,5 % del costo del tanque (1,4 millones), por lo que se evidencia que el método anticorrosivo recomendado es económicamente factible.