MX2015001397A - Metodo y sistema para proveer proteccion contra la corrosion de estructura metalica usando onda electromagnetica variable en el tiempo. - Google Patents

Abstract

La presente invención provee un sistema para protección a la corrosión de una estructura metálica utilizando una onda electromagnética variable en el tiempo, que comprende: un generador para generar una onda electromagnética que tiene una frecuencia variable en el tiempo, dicho generador tiene por lo menos dos terminales de salida en conexión eléctrica respectivamente con primeros y segundos sitios de excitación que son colocados de manera espaciada sobre la estructura metálica, permitiendo conocer la estructura metálica a la onda electromagnética una fuente de energía eléctrica conectada al generador para aplicar un voltaje impulsor al generador para impulsar la generación de la onda electromagnética; en donde el voltaje impulsor y/o la estructura de la frecuencia electromagnética son seleccionados de tal manera que la estructura metálica es energizada para formar una especia oxidada pasiva in situ del mezcla sobre una superficie de la estructura metálica, tal especie no es susceptible a la corrosión. La invención también provee un método para proveer protección a la corrosión de una estructura metálica utilizando una onda electromagnética variable en el tiempo.

Description

MÉTODO Y SISTEMA PARA PROVEER PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN DE ESTRUCTURA METÁLICA USANDO ONDA ELECTROMAGNÉTICA VARIABLE EN EL TIEMPO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención es concerniente en general con el campo del control de la corrosión de estructuras metálicas y más en particular, con un método y sistema para proveer protección a la corrosión de estructuras metálicas, particularmente estructurales metálicas sumergidas y enterradas tales como tuberías, tanques de agua, mediante la aplicación de ondas electromagnéticas variables en el tiempo que operan en una frecuencia deseada y generada por un voltaje de accionamiento deseado.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La corrosión es uno de los problemas mayores asociados con las estructuras metálicas, puesto que se sabe que todos los metales exhiben tendencia a ser oxidados. La producción catódica es una manera de proteger a las estructuras metálicas e impedir la corrosión como práctica de protección a la corrosión estándar en muchas industrias.

La protección catódica puede ser aplicada en principio a cualquier estructura metálica en contacto con un electrolito. En la práctica, su uso principal es para proteger estructuras de acero enterradas en el suelo o sumergidas en el agua.

Estas estructuras comúnmente protegidas incluyen las superficies exteriores de tuberías, cascos de barco, motos marinas, apilado de cimentación, apilado laminar de acero y plataformas lejos de la costa. La protección catódica es también usada sobre las superficies interiores de tanques de almacenamiento de agua y sistemas de circulación de agua.

En la protección catódica, la estructura metálica a ser producida actúa como el cátodo y recibe una corriente directa del ánodo que es un ánodo consumible, semi-consumible o permanente. Mediante la protección catódica, solamente la corriente directa está entrando a la superficie del cátodo para suprimir que la corriente de corrosión salga de la superficie del cátodo pero no hay ninguna formación de algún recubrimiento protector.

La densidad de corriente protectora requerida para la protección catódica de la estructura de acero es determinada predominantemente por su condición de superficie y también las condiciones ambientales a la que es expuesta. La superficie de acero es cubierta o malamente corroída requiere una corriente de protección más alta y de aquí un costo de energía más alto, mientras que una superficie de acero bien recubierta requiere mucha menos corriente protectora. Sin embargo, los costos para aplicación de recubrimiento sobre la estructura de acero en una zona sumergida o en la zona enterrada es alto y en general, el recubrimiento no durará hasta el final de la vida de servicio de la estructura. La renovación del recubrimiento durante la vida de recubrimiento de la estructura es aún más costosa. Por esta razón, muchas estructuras de acero son dejadas sin recubrir y dependiendo de la alta corriente catódica protectora para la protección a la corrosión.

Si la estructura de acero sumergida o enterrada está recubierta o descubierta, siempre que hay una corriente extraviada o de interferencia, la estructura de acero sumergida en el electrolito seria sometida a la corrosión de interferencia ya que el acero en contacto con el electrolito puede ser disuelto en iones Fe cuando la corriente de CD sale de la superficie de acero de acuerdo con la siguiente ecuación, Fe Fe++ + 2e Todavía la protección catódica tiene otra limitación. El voltaje de operación del ánodo de protección catódico es dependiente de la conductividad en el electrolito. Cuando la estructura de acero es expuesta a un electrolito de baja conductividad tal como agua de rio o agua estancada, se requiere un alto voltaje impulsor para impulsar la corriente protectora del ánodo a medida que el agua de baja conductividad incrementa la resistencia del ánodo al electrolito (esto es, agua). Esto da como resultado alto consumo de energía del sistema de protección catódica y dificultad para diseñar un esquema de protección catódico apropiado.

En general, la protección catódica es un método de protección pasivo, no es apto de producir su propio recubrimiento protector sino que depende del recubrimiento protector aplicado externamente para reducir su corriente de protección requerida y es todavía vulnerable a la corriente de corrosión de interferencia y también requiere un alto voltaje para operar bajo la condición de baja conductividad.

El método de protección catódica se ha usado extensamente para proteger la estructura metálica al proveer un ánodo que tiene un potencial diferente en comparación con la estructura metálica y se corroe preferencialmente. Dos tipos de ánodos están disponibles. Tipo de sacrificio y tipo de corriente impresa. Además de las deficiencias y desventajas como se menciona anteriormente, el ánodo de sacrificio y el sistema de corriente impresa tienen sus respectivas limitaciones que han sido bien conocidas en el arte.

Actualmente, también hay métodos usados para sistemas de tratamiento de agua de circuito cerrado, tales métodos usan la onda electromagnética pulsante para tratar el agua para protección a la corrosión de las estructuras de acero en agua, en lugar de tratar las estructuras de acero directamente. Sin embargo, estos métodos no son efectivos y no son prácticos para sistemas de agua de circuito abierto tales como pilas de acero a chorro en mar abierto.

Por consiguiente, hay necesidad de un nuevo método y aparato que sean aptos de proveer un recubrimiento protector de larga duración para la superficie de una estructura metálica al tratar la estructura directamente a bajo costo, sin consideración de si la estructura metálica está enterrada en el suelo o sumergida en el agua o si la estructura metálica está en un sistema de circuito cerrado o en un sistema abierto, sin embargo, permite un control eficiente de corrosión de la estructura.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se ha desarrollado para satisfacer las necesidades indicadas anteriormente y por consiguiente tiene como objeto principal la provisión de un sistema para proveer protección a la corrosión de una estructura metálica utilizando una onda electromagnética variante en el tiempo que provee un período prologando de protección a la corrosión con bajo mantenimiento.

Otro objeto de la invención es proveer un sistema para proveer protección a la corrosión de una estructura metálica utilizando una onda electromagnética variable en el tiempo que es significativamente más económico en energía y conveniente para utilizar.

Un objeto adicional de la invención es proveer un sistema para proveer protección a la corrosión de una estructura metálica utilizando una onda electromagnética variante en el tiempo que es robusto y permite un control o prevención eficiente de la corrosión.

Estos y otros objetos y ventajas de la invención son satisfechos al proveer un sistema para proveer protección a la corrosión de una estructura metálica utilizando una onda electromagnética variable en el tiempo, que comprende: un generador para generar una onda electromagnética que tiene una frecuencia variable en el tiempo, dicho generador tiene por lo menos dos terminales de salida en conexión eléctrica respectivamente con primeros y segundos sitios de excitación que son colocados de manera espaciada sobre la estructura metálica, permitiendo someter la estructura metálica a la onda electromagnética y una fuente de energía eléctrica conectada al generador para aplicar un voltaje impulsor al generador para impulsar la generación de la onda electromagnética; en donde el voltaje impulsor y/o la frecuencia de la onda electromagnética son seleccionados de tal manera que la estructura metálica es energizada para formar una especie oxidada pasiva in situ del metal sobre la superficie de la estructura metálica, tal especie no es susceptible a la corrosión.

El término "estructura metálica" usado en la presente incluye la estructura de metal elemental y la estructura de aleación de metal.

Preferiblemente, por lo menos un emisor de ultra baja frecuencia es montado sobre uno o dos de los primeros y segundos sitios de excitación para ser conectado eléctricamente al generador para reforzar la onda electromagnética.

En algunos casos, el sistema de invención es usado en combinación con un sistema de protección catódico complementario aplicado a la estructura metálica, con el fin de que el desplazamiento del potencial de estructura metálica sea más negativo hasta que la estructura tenga un pleno potencial de protección catódico en un corto periodo de tiempo. En aquella etapa, la fuerza impulsora para la reacción de corrosión es removida, que es así llamada "plena protección catódica". El sistema de la invención y el sistema de protección catódica complementario pueden ser aplicados simultáneamente o en secuencia.

En una modalidad de la invención, el sistema de la invención es usado para proveer protección a la corrosión para estructuras a base de hierro, más particularmente para estructuras de acero. En algunos casos, el voltaje aplicado y la frecuencia pueden ser seleccionados de tal manera que el potencial del hierro y el pH son controlados en la región de pasivación del diagrama de Pourbaix, permitiendo mediante esto la formación de magnetita pasiva sobre la superficie de la estructura a base de hierro. Por ejemplo, si la estructura a base de hierro está sumergida en agua o enterrada en el suelo, el voltaje impulsor aplicado puede ser seleccionado en el intervalo de 5 V a 50 V y la frecuencia de operación puede ser seleccionada en el intervalo de 100 Hz a 1 MHz.

En otra modalidad especifica de la invención, el sistema de la invención es usado para proveer protección a la corrosión a base de cobre, más particularmente para estructuras de aleación de cobre. En algunos casos, el voltaje aplicado y la frecuencia pueden ser seleccionados de tal manera que el potencial del cobre y el pH son controlados en la región de pasivación del diagrama de Pourbaix, permitiendo mediante esto la formación de óxido cuproso adherente pasivo sobre la superficie de la estructura a base de cobre. Por ejemplo, si la estructura a base de cobre está sumergida en agua o enterrada en el suelo, el voltaje impulsor aplicado puede ser seleccionado en el intervalo de 5 V a 50 V y la frecuencia de operación puede ser seleccionada en el intervalo de 100 Hz a 1 MHz.

Se debe notar que la magnetita pasiva u oxido cuproso se puede formar en un intervalo de pH más amplio que aquel del diagrama de Pourbaix para hierro elemental o cobre sugiere. En algunas implementaciones de aleaciones a base de hierro particulares, la magnetita se puede formar la superficie de la estructura de aleación a un nivel de pH más bajo. Así mismo, otros óxidos de metal pasivos que la magnetita se pueden formar en un intervalo de pH más amplio o bajo un intervalo de potencial más amplio que la región de pasivación del diagrama de Pourbaix, a condición de que la estructura metálica sea sumergida al tratamiento de onda electromagnética variable en el tiempo de acuerdo con la invención para permitir la formación de los óxidos de metal pasivos.

El sistema de la invención es aplicable a la estructura metálica, no importa en donde este colocada en un sistema de circuito abierto o circuito cerrado.

Otro aspecto de la invención es proveer un método para proveer protección a la corrosión de una estructura metálica utilizando una onda electromagnética variable en el tiempo, que comprende las etapas de: proveer un generador para generar una onda electromagnética que tiene una frecuencia variable en el tiempo y someter la estructura metálica a la onda electromagnética de frecuencia variable en el tiempo generada, en donde un voltaje impulsor aplicado al generador para impulsar la generación de la onda electromagnética y/o la frecuencia de la onda electromagnética son seleccionados de tal manera que la estructura metálica es energizada para formar una especie oxidada pasiva in situ del metal sobre una superficie de la estructura metálica, tal especie no es susceptible a la corrosión.

A diferencia de los sistemas de protección catódica convencionales o algunos métodos que usan la onda electromagnética para tratar el agua para protección a la corrosión de la estructura, en un sistema de agua de circuito cerrado, la esencia de la invención es usar la onda electromagnética pulsante variable en el tiempo para energizar la estructura en sí misma, permitiendo la formación in situ de una especie oxidada pasiva del metal sobre la estructura metálica, lo que tal especie no provoca corrosión. La especie oxidad pasiva se forma y actúa como un recubrimiento de protección sobre la superficie de la estructura y este recubrimiento protector tiene ventajas de auto reparación y bajo mantenimiento y debe durar a través de la vida de servicio de la estructura metálica en tanto que sea sometida al tratamiento de la onda electromagnética pulsante variable en el tiempo. Este recubrimiento protector de la corrosión producido en el sitio y activo no es conocido ni sugerido del arte previo.

El sistema de protección catódico convencional es dependiente de la conductividad del electrolito. Mientras más baja es la conductividad del electrolito, más alto es el voltaje impulsor requerido. En contraste, el sistema de la invención es independiente de la conductividad del electrolito y el voltaje impulsor para impulsar la formación de la especie oxidada pasiva puede ser muy pequeño. Por ejemplo, el voltaje impulsor para la formación del recubrimiento protector de magnetita sobre la estructura de acero sumergida o enterrada puede ser de 5 voltios a 50 voltios, independientemente del medio ambiente al cual la estructura es expuesta.

Para tener un mejor entendimiento de la invención se hace referencia a la siguiente descripción detallada de la invención y modalidades de la misma en conjunción con las figuras adjuntas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La figura 1 es una vista esquemática de un sistema para proveer protección a la corrosión de una estructura metálica utilizando una onda electromagnética variable en el tiempo, que es construido de acuerdo con una primera modalidad de la invención.

La figura 2 es una vista esquemática de un sistema para proveer protección a la corrosión de una estructura metálica utilizando una onda electromagnética variable en el tiempo, que es construido de acuerdo con una segunda modalidad de la invención.

La figura 3 es un diagrama de Pourbaix para hierro a 25°C.

La figura 4 es un diagrama de Pourbaix para cobre a 25°C.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS En tanto que esta invención es ilustrada y descrita con modalidades preferidas, el sistema para proveer protección a la corrosión de una estructura metálica utilizando una onda electromagnética variable en el tiempo puede ser producido en muchas configuraciones, tamaños, formas y materiales diferentes.

Se ha sabido que la onda electromagnética pulsante variable en el tiempo es usada extensamente en una amplia variedad de industrias. Es del descubrimiento del inventor de que si una estructura metálica es sometida directamente a la onda electromagnética pulsante variable en el tiempo, una capa de una especie oxidada pasiva del metal que deprime el proceso de oxidación provocando pasivación que formara en situ sobre una superficie de la estructura metálica al controlar apropiadamente el potencial de estructura metálica para caer por ejemplo a la zona de pasivación del diagrama de Pourbaix para aquel metal o aleación de metal. La invención está basada en este descubrimiento.

La formación de la especie oxidada pasiva del metal mediante la aplicación de la onda electromagnética a la estructura de metal es en general dependiente de la frecuencia de onda aplicada y el voltaje impulsor, independiente de la conductividad del electrolito. Esta especie oxidada pasiva actúa como capa de recubrimiento activo protector y sirve para proveer protección a la corrosión en toda la vida de servicio de la estructura en tanto que el tratamiento de onda electromagnética este en su lugar. Se ha encontrado que, con tal recubrimiento la formación sobre la superficie de acero, la proporción a velocidad de corrosión general de la estructura de acero sumergida puede ser reducida a menos de 2 mpy (milésimas de pulgadas por año) en agua dulce en un sistema de circuito cerrado sin ninguna protección catódica.

En general, el acero sin protección natural y descubierto al potencial del agua de mar esta comúnmente en el intervalo de -500 mV a 650 mV versus un electrodo de referencia de Ag/AgCl. Para el acero bien recubierto, el potencial esta comúnmente en el intervalo de -600 mV a -700 mV. Mediante el potencial, el potencial de acero a agua más negativo indica que mientras menos corriente de corrosión sale de la superficie de acero, esto es, menor es la fuerza impulsora para la reacción de corrosión. En el sistema de protección catódico convencional, la corriente de CD energiza el acero y el potencial de acero se volvería gradualmente más agresivo con el paso del tiempo y correspondientemente la corriente de corrosión que sale de la superficie del acero es reducida. Solamente alcanza a -780 mV versus un electrodo de referencia Ag/AgCl. La corriente de corrosión sobre la superficie de acero se considera que se ha detenido completamente y la fuerza impulsora para la reacción de corrosión es removida, no provocando corrosión. Esto es llamado "plena protección catódica". Esta dentro de la habilidad de la persona experimentada en el arte que el pleno potencial de protección catódica puede variar con el electrodo de referencia usado. La "plena protección catódica" usada en la presente se refiere a la estructura metálica que tiene un potencial uniforme en donde la reacción de corrosión no toma lugar.

Tal principio de protección catódica es aplicable cuando se usa la excitación de onda electromagnética pulsante variable en el tiempo de acuerdo con la invención. La estructura de acero natural, sin proteger y descubierta en agua de mar inicia con un potencial típico de 0.5 V a -0.65 V versus Ag/AgCl. Cuando se aplica la onda electromagnética, el potencial de acero a agua de mar se desplazaría gradualmente a la dirección negativa, sugiriendo que el recubrimiento de magnetita se está formando progresivamente. Comúnmente, el potencial de acero se desplaza a más negativo de -750 mV dentro de unos pocos días de energización de onda. A este potencial de -750 mV, la protección a la corrosión a la estructura de acero es mejor que un buen recubrimiento. Al energizar adicionalmente la estructura de acero utilizando la onda electromagnética, el potencial de acero puede a un más negativo y finalmente llega a -780 mV. En aquella etapa, la fuerza impulsora para la reacción a la corrosión es removida, esto es, que tiene una "plena protección catódica".

El voltaje impulsor para iniciar la formación del recubrimiento de magnetita puede ser muy pequeño, por ejemplo de unos pocos voltios. Con el fin de ahorrar adicionalmente energía y desplazar el potencial negativo a un criterio de protección catódico pleno industrial de por ejemplo -780 mV versus Ag/AgCl, que puede usar la excitación de onda electromagnética pulsante variante en el tiempo en combinación con un sistema de protección catódico complementario. Esta combinación permite reducción adicional en el voltaje impulsor a por ejemplo 12 V o menos y hundir el desplazamiento del potencial del acero a -780 mV versus Ag/AgCl. Por consiguiente, la combinación reduciría adicionalmente la energía total requerida para polarizar plenamente la estructura de acero más negativa y todavía el recubrimiento de magnetita se puede formar suavemente sobre la superficie de acero. La magnetita es magnética y se adhiere bien a la superficie de la estructura de acero.

Refiriéndose ahora a las figuras, la figura 1 provee un sistema 100 construido consistente con una primera modalidad en la presente invención. En esta modalidad, el sistema 100 comprende una unidad de fuente de alimentación 110; un generador 120 para generar una onda electromagnética que tiene frecuencia variable en el tiempo; un tubo de acero 130, una parte del cual está sumergida en agua de mar y un emisor de ultra baja frecuencia (ULF) 140 montado sobre el tubo 130.

La unidad de fuente de alimentación es conectada eléctricamente al generador 120. Se utiliza una fuente de alimentación de CA en la unidad de fuente de alimentación de fuente 110. La unidad de fuente de alimentación 110 suministra un voltaje impulsor de CA deseado al generador 120 permitiendo la generación de la onda electromagnética pulsante variable en el tiempo supera a una frecuencia seleccionada. La unidad de fuente de alimentación 110 suministra preferiblemente al generador 120 un voltaje impulsor de unos pocos voltios a unos pocos cientos de voltios, preferiblemente 5 V a 50 V dependiendo de las aplicaciones reales.

El generador 120 puede ser de cualquier tipo de medio conocido en el arte que es apto para generar la onda electromagnética de frecuencia variable en el tiempo. Por ejemplo, el generador puede ser un tablero de circuitos, una tarjeta de consola o una antena de núcleo de ferrita con una bobina enrollada alrededor de la antena. El generador 120 tiene dos terminales de salida 122, 124 y la terminal 122 está en conexión eléctrica con un primer sitio de excitación 132 colocado sobre la superficie de acero y la terminal 124 está en conexión eléctrica con el emisor de ULF 140 montado en un segundo sitio de excitación de tubo de acero 130 en relación espaciada con el primer sitio de excitación 132. El segundo sitio de excitación es seleccionado de tal manera que el emisor de ULF es montado preferiblemente por encima del agua, lo que puede eliminar la necesidad de que un buceador humano que es de otra manera necesario si el emisor de ULF es montado debajo del agua en lugar de esto. Para la producción de la magnetita sobre la superficie del tubo de acero 130, la frecuencia de onda de operación esta preferiblemente en el intervalo de 100 Hz a 1 MHz. La forma de onda de la onda electromagnética de frecuencia variable en el tiempo puede ser cuadrada, triangular, sinusoidal o de otras formas.

En la protección catódica convencional, la corriente protectora entra a la superficie de acero desde el ánodo vía el electrolito a la superficie de acero del cátodo y desplaza el potencial del acero a potencial más negativo para la plena protección catódica. En contraste, la corriente de onda de la presente invención no viaja en el agua, en lugar de esto avanza del generador 120 al emisor de ULF 140 y luego entra al acero directamente por encima del agua y debajo del agua.

Con la frecuencia de operación en el intervalo de 100 Hz a 1 MHz, la onda electromagnética estaría viajando a lo largo del pleno tubo de acero y permite la formación del recubrimiento de magnetita a lo largo de la plena superficie de acero.

Bajo las condiciones de este intervalo de frecuencia y el voltaje impulsor descrito anteriormente, el acero sería controlado para estar en estado de equilibrio a un potencial deseado en el agua de mar, para caer a la región de pasivación del diagrama de Pourbaix relevante. En esta región de pasivación, la magnetita (Fe304) sería apta de formarse gradualmente sobre la superficie de acero (véase figura 3). La aplicación continua de la onda electromagnética permite que el potencial de la superficie del tubo de acero sea polarizado para desplazarse hacia la dirección negativa. Se ha encontrado que el potencial del tubo de acero puede llegar fácilmente a -750 mV versus Ag/AgCl con el inicio de la formación de magnetita. En aquella etapa, la velocidad de corrosión en el tubo de acero 140 ya es mínima. Sin embargo, el tiempo tomado para desplazar el potencial de -750 mV a -780 mV versus Ag/AgCl que es el criterio convencional para la plena protección catódica de hierro tomaría un período de tiempo más largo.

Con el fin de cumplir con los criterios de plena protección catódica en un periodo de tiempo corto si la necesidad urge, se puede agregar un sistema de protección catódica complementario. El sistema de protección catódica complementario puede ser un sistema de protección catódica de ánodo de sacrificio o un sistema de protección catódica de tipo de corriente impresa o una mezcla de los dos sistemas. En la modalidad mostrada en la figura 1, el sistema de protección catódica complementario es el tipo de corriente impresa, que comprende un emisor S 150 que actúa como ánodo y sumergido en el agua de mar. El emisor S 150 es conectado a una terminal 126 del generador 120 que es una fuente de energía de CD. Para proveer la fuente de energía CD, el circuito interno del generador comprende un rectificador de protección catódica para convertir la fuente de alimentación de CA a una salida de CD. Otros ánodos son posibles para el sistema de protección catódica complementario y pueden ser seleccionados de una variedad de formas y tamaños, que estaría con la habilidad de una persona experimentada en el arte.

En el sistema de protección catódica complementario mostrado en la figura 1, la corriente de CD viajara a través del emisor S 150 al tubo de acero 130 para efectuar la protección catódica. Debido al uso de tratamiento de onda electromagnética de la invención, el sistema de protección catódica complementario requiere solamente una fracción de la densidad de corriente de sistema de protección catódica usual. Después que tanto el sistema de onda electromagnética principal como el ssiisstteemmaa de protección catódica complementario son cambiados simultáneamente o en secuencia el tubo de acero 130 tendrá un pleno potencial de protección catódica en un periodo de tiempo mucho más corto con muy baja energía consumida en comparación con el sistema de protección catódica convencional. Una vez que el potencial de acero llega al nivel de plena protección catódica, el sistema de protección catódica complementario puede ser apagado, dejando el sistema de onda electromagnética principal en operación solo. Es suficiente mantener el potencial de acero a pleno nivel de protección.

El emisor de ULF 140 es provisto para optimizar y reforzar la onda electromagnética generada por el generador 120, con el fin de facilitar la formación del recubrimiento de magnetita a lo largo de la plena superficie de acero. El emisor de ULF 140 es conocido en el arte y no será descrito en más detalle.

La magnetita actúa como un buen recubrimiento protector y tiene las ventajas de auto reparación y bajo mantenimiento. La propiedad de auto reparación de la capa de magnetita es única. Cuando el recubrimiento de magnetita es dañado durante el servicio, una nueva capa de magnetita se volverá a formar sobre la superficie de acero descubierta recién expuesta. Como resultado, el mantenimiento de la estructura de acero es bajo. La capa de magnetita tiene propiedades similares como los ánodos de magnetita. La capa de magnetita formada sobre la superficie de acero es conductora y cuando la corriente eléctrica sale de la superficie de la capa de magnetita, la capa de magnetita prácticamente no es consumida similar a los ánodos de magnetita. Esto significa que aun si hay corriente de corrosión de interferencia que sale de la superficie de la estructura de acero recubierta con magnetita, el problema de corrosión por interferencia del tubo de acero es mitigado.

Otro aspecto del sistema de onda electromagnética de la invención es que la onda tiene la tendencia a viajar sobre la superficie de acero en toda la sección transversal de acero vía el efecto de piel. Bajo este efecto de piel, la capa de magnetita no solamente se forma sobre las superficies externas generales del acero, sino que también se forma dentro de los pozos, grietas y ranuras de acero que no son alcanzables por la corriente de protección catódica. Esto lo hace un método de protección a la corrosión excelente para aplicaciones en donde los materiales de recubrimiento convencionales y de corriente de protección catódica de CD convencionales normalmente no pueden llegar.

Se notaría que, con la excitación de onda electromagnética a un voltaje impulsor suficiente dado, un efecto de corriente de avalancha inusual es probable que tome lugar lo que no se puede encontrar en circuitos de corriente de CA de frecuencia fija o de CD convencionales en donde la corriente que viaja dentro de un conductor o un metal seguirá la lcy del Ohm y está atado a.la resistividad eléctrica del material y también no cambiaría con el paso del tiempo. En el caso de la excitación de onda electromagnética cuando el voltaje impulsor llega a un cierto voltaje de umbral, la corriente ya no seguirá la ley de Ohm. Se cree que los electrones dentro del metal sufrirán un efecto de toque de avalancha similar a aquel en un semi-conductor con la corriente que se incrementa exponencialmente a medida que viaja a lo lejos del generador de onda. Teóricamente, tal distancia podría llegar al infinito pero la corriente incrementada fundirá los fusibles del generador de onda. Como tal, un regulador de controlador de corriente es necesario para controlar la corriente de avalancha. Sin embargo, con este regulador de control de corriente, la distancia a la cual la onda electromagnética podría llegar estará de aquí limitada.

Alternativamente, el voltaje impulsor será controlado a un nivel cercano a por debajo del voltaje de umbral de efecto de avalancha, de tal manera que la corriente de avalancha no tomará lugar mientras que el voltaje impulsor es solo suficiente para promover la formación de la magnetita.

Refiriéndose ahora a la figura 2, se ilustra un sistema 200 construido consistente con una segunda modalidad de la presente invención. Como se ilustra, el sistema 200 es ejecutado para ejecutar simultáneamente la formación de la capa de magnetita sobre dos tubos de acero sumergidos en agua de mar y el arreglo del sistema 200 es estructuralmente similar al sistema 100 discutido anteriormente. En particular, el sistema 200 comprende una unidad de fuente de alimentación 210; un generador 220 conectado eléctricamente a la unidad de fuente de alimentación 210 para generar una onda electromagnética que tiene una frecuencia variable en el tiempo; dos tubos de acero 230, ambos de los cuales tiene una parte sumergida en agua de mar y dos emisores de ultra baja frecuencia (ULF) 240 montado sobre cada uno de los tubos 230 por encima del agua y en conexión eléctrica con respectivas terminales de salida del mismo generador 220. Los dos tubos 230 serían energizados por la onda electromagnética para formar el recubrimiento de magnetita. El sistema 200 comprende además un sistema de protección catódica complementaria que comprende un emisor S 250 dispuesto debajo del agua y entre los dos tubos de acero 230.

La descripción de la unidad de fuente de alimentación 210, el generador 220, los emisores de ULF 240 y el sistema de protección catódica complementario puede hacer referencia a las unidades correspondientes discutidas anteriormente en las primeras modalidades y serán omitidas en la presente.

La figura 2 muestra que un conductor eléctrico 260 tal armadura o alambre es usado para conectar eléctricamente los dos tubos, permitiendo recibir protección a la corrosión distribuida igualmente del sistema de excitación de onda electromagnética principal y el sistema de protección catódica complementario. 5 Con un sistema de agua de circuito cerrado, algo de la energía usada para energizar los dos tubos de acero 230 serían disipada al agua y así excitaría el agua también. Consecuentemente, la energía requerida para proteger los tubos de acero en el sistema de agua de circuito cerrado es 10 aún menor que el sistema de agua de circuito abierto. Esto es particularmente útil para proteger los elementos de acero en un sistema de agua en tierra o agua de enfriamiento de circuito cerrado.

El método y sistema de la invención son aplicables a 15 otras estructuras metálicas que estructuras a base de hierro.

Por ejemplo, cuando una estructura de aleación de cobre es sometida a la onda electromagnética pulsante variante en el tiempo, un recubrimiento protector de óxido cuproso (Cu20) pasivo se formaría si se adhiere bien sobre una superficie de ¨ 20 estructura al controlar apropiadamente la frecuencia de la onda electromagnética para operar en el intervalo de 5 V a 50 V y controlar el voltaje impulsor en el intervalo de 100 Hz a 1 MHz de tal manera que el potencia de aleación de cobre es por ejemplo controlado en la región de pasivación del 25 diagrama de Pourbaix (véase figura 4). Así mismo, esta especie oxidada pasiva es un recubrimiento de protección a la corrosión efectivo para impedir a la estructura de aleación de cobre de la corrosión.

De acuerdo con la invención, el método y sistema para la protección a la corrosión utilizando la onda electromagnética pulsante variante del tiempo puede encontrar un amplio intervalo de aplicaciones, incluyendo pero no limitado a estructuras o chorros de acero completamente sumergidos o enterrados, embarcaderos, muelles, muros de retención de acero, pilotes de afianzamiento, plataformas petroleras, plataformas de perforación, cabezas de pozo, componentes internos de tanque, componentes externos de tanques, pilotes de cimentación de molinos de viento, pilotes de cimentación de fuentes, bollas, componentes internos y externos de superficie de acero o tubos metálicos en la costa y lejos de la costa, tuberías de recubrimiento de peso de concreto, componentes internos de tubos de acero de agua de enfriamiento, estructuras de admisión de agua de enfriamiento, tamices, compuertas, registros de obstáculos, acero en concreto.

Así, la invención provee un sistema y método para proveer protección a la corrosión de una estructura metálica utilizando una onda electromagnética variante en el tiempo que es muy simple y que ahorra energía y que provee una protección a la corrosión eficiente para la estructura metálica. En esta invención, es la estructura metálica misma la que es energizada o la onda electromagnética variable en el tiempo para formar una especie oxidad pasiva in situ del metal sobre la superficie de estructura metálica. Después que esta especie oxidada pasiva se forma, no se presenta corrosión. Este es el aspecto más distintivo y único de la invención de las teenologías del arte previo.

Debido al uso de la onda electromagnética para energizar la estructura metálica, la corriente de protección catódica complementaria requerida es reducida significativamente, el voltaje impulsor necesario para proporcionar la corriente de protección catódica es por consiguiente muy bajo. Además, el sistema de protección catódica complementario puede ser apagado después que la estructura metálica alcanza el pleno potencial de protección catódica, dejando la onda electromagnética principal en operación sola, esto ahorra adicionalmente costos de energía.

En tanto que las modalidades descritas en la presente están diseñadas como un sistema y método de protección a la corrosión ejemplar, se apreciara por aquellos experimentados en el arte que la presente invención no está limitada a las modalidades ilustradas. Aquellos experimentados en el arte contemplaran muchas otra variaciones y modificaciones posibles por medio del conocimiento canún de la persona experimentada sin desviarse del alcance de la invención, sin embargo, tales variaciones y modificaciones caerían en el alcance de esta invención.

Claims (27)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema para proveer protección a la corrosión de una estructura metálica utilizando una onda electromagnética variable en el tiempo, que comprende: un generador para generar una onda electromagnética que tiene una frecuencia variable en el tiempo, el generador tiene por lo menos dos terminales de salida en conexión eléctrica, respectivamente con primeros y segundos sitios de excitación que son colocados de manera espaciada sobre la estructura metálica, permitiendo someter la estructura metálica a la onda electromagnética y una fuente de energía eléctrica conectada al generador para aplicar un voltaje impulsor al generador para impulsar la generación de la onda electromagnética; en donde el voltaje impulsor y/o la frecuencia de la onda electromagnética son seleccionados de tal manera que la estructura metálica es energizada para formar una especie oxidada pasiva in situ de metal sobre la superficie de la estructura metálica, tal especie no es susceptible a la corrosión.

2. El sistema como se reivindica en la reivindicación 1, en donde por lo menos un emisor de ultra baja frecuencia es montado sobre uno del primero y segundo sitio de excitación para ser conectados eléctricamente al generador para reforzar la onda electromagnética.

3. El sistema como se reivindica en la reivindicación 1 o 2, que es usado en combinación con el sistema de protección catódica complementario aplicado a la estructura metálica.

4. El sistema como se reivindica en la reivindicación 3, en donde el sistema de protección catódica complementario comprende un sistema de protección catódica de ánodo sacrificio o un sistema de protección catódica tipo corriente impresa o una mezcla de los dos sistemas.

5. El sistema como se reivindica en la reivindicación 1, en donde la estructura metálica es a base de hierro y el voltaje aplicado y la frecuencia son seleccionados para permitir la formación de magnetita pasiva sobre la superficie de la estructura a base de hierro.

6. El sistema como se reivindica en la reivindicación 5, en donde la estructura a base de hierro es sumergida en agua o enterrada en el suelo y el voltaje impulsor es suministrado en el intervalo de 5 V a 50 V y la frecuencia está en operación en el intervalo de 100 Hz a 1 MHz.

7. El sistema como se reivindica en la reivindicación 5, en donde un emisor de ultra baja frecuencia es montado sobre uno de los primeros y segundos sitios de excitación para ser conectado eléctricamente al generador para reforzar la onda electromagnética.

8. El sistema como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, que es usado en combinación con un sistema de protección catódica complementario aplicado a la estructura a base de hierro

9. El sistema como se reivindica en la reivindicación 1, en donde la estructura metálica es base de cobre y el voltaje aplicado y la frecuencia son seleccionados para permitir la formación de óxido cuproso pasivo sobre la superficie de la estructura a base de cobre.

10. El sistema como se reivindica en la reivindicación 9, en donde la estructura a base de cobre es sumergida en agua o enterrada en el suelo y el voltaje impulsor es aplicado en el intervalo de 5 V a 50 V y la frecuencia están en operación en el intervalo de 100 Hz a 1 Hz.

11. El sistema como se reivindica en la reivindicación 9, en donde un emisor de ultra baja frecuencia es montado sobre uno de los primeros y segundos sitios de excitación para ser conectado eléctricamente al generador para reforzar la onda electromagnética.

12. El sistema como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, que es usado en combinación con el sistema de protección catódica complementario aplicado a la estructura a base de cobre.

13. El sistema como se reivindica en la reivindicación 1, en donde la estructura metálica es colocada en un sistema de bucle abierto o circuito cerrado.

14. Un método para proveer protección a la corrosión de una estructura metálica utilizando una onda electromagnética variable en el tiempo, que comprende las etapas de: proveer un generador para generar una onda electromagnética que tiene una frecuencia variable en el tiempo y someter la estructura metálica a la onda electromagnética de la frecuencia variable en el tiempo generada; en donde el voltaje impulsor aplicado al generador para impulsar la generación de la onda electromagnética y/o la frecuencia de la onda electromagnética es seleccionado de tal manera que la estructura metálica es energizada para formar una superficie oxidada pasiva in situ del metal sobre una superficie de la estructura metálica, tal especie no es susceptible a la corrosión.

15. El método como se reivindica en la reivindicación 14, que comprende montar por lo menos un emisor de ultra baja frecuencia sobre la estructura metálica que es conectada eléctricamente al generador para reforzar la onda electromagnética.

16. El método como se reivindica en la reivindicación 14 o 15, que se usa en combinación con un sistema de protección catódica complementaria aplicado a la estructura metálica.

17. El método como se reivindica en la reivindicación 16 en donde el sistema de protección catódica complementario comprende un sistema de protección catódica de ánodo de sacrificio o un sistema de protección catódica tipo corriente impresa o una mezcla de los dos sistemas.

18. El método como se reivindica en la reivindicación 16, que comprende apagar el sistema de protección catódica complementario después que la estructura metálica llega a un potencial de plena protección catódica.

19. El método como se reivindica en la reivindicación 14, en donde la estructura metálica es a base de hierro y el voltaje aplicado y la frecuencia son seleccionados para producir la formación de magnetita pasiva sobre la superficie de la estructura a base de hierro.

20. El método como se reivindica en la reivindicación 19, en donde la estructura a base de hierro es sumergida en agua o enterrada en el suelo y el voltaje impulsor es aplicado en el intervalo de 5 V a 50 V y la frecuencia está operando en el intervalo de 100 Hz a 1 MHz.

21. El método como se reivindica en la reivindicación 19, que comprende montar un emisor de ultra baja frecuencia por encima del agua sobre la superficie de la estructura a base de hierro, que es conectada eléctricamente al generador para reforzar la onda electromagnética.

22. El método como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 19 a 21, que se usa en combinación con un método de protección catódico complementario aplicado a la estructura a base de hierro.

23. El método como se reivindica en la reivindicación 14, en donde la estructura metálica es a base de cobre y el voltaje aplicado y la frecuencia son seleccionados para permitir la formación de óxido cuproso pasivo sobre la superficie de la estructura a base de cobre.

24. El método como se reivindica en la reivindicación 23, en donde la estructura a base de cobre es sumergida en agua o enterrada en el suelo y el voltaje impulsor es aplicado en el intervalo de 5 voltios a 50 voltios y la frecuencia está operando en el intervalo de 100 Hz a 1 MHz.

25. El método como se reivindica en la reivindicación 23 que comprende montar un emisor de ultra baja frecuencia por encima del agua sobre la superficie de la estructura a base de cobre, que es conectada eléctricamente al generador para reforzar la onda electromagnética.

26. El método como se reivindica en cualquiera de las reivindicación 23 a 25, que se usa en combinación con sistema de protección catódica complementario aplicado a la estructura a base de cobre.

27. El método como se reivindica en la reivindicación 14, que es efectuado en un sistema de circuito abierto o circuito cerrado.