Autores: Carlos Melo, Gerald Haynes, Jorge Vásquez, Alberto Janeta
Resumen
La interferencia de corriente alterna (AC) se ha convertido en una amenaza creciente para la seguridad de los ductos, especialmente con recubrimientos modernos de alta resistencia y la proximidad a líneas de transmisión de Corriente Alterna de Alta Tensión (HVAC). Para mitigar sus efectos, se implementan sistemas de puesta a tierra que emplean cobre o zinc. Aunque históricamente se usó zinc para reducir la corrosión galvánica, estudios recientes y evidencia de campo muestran una degradación significativa en ambientes con AC. Este artículo revisa sus limitaciones, hallazgos clave e implicaciones operativas y ambientales. 1.
1. Introducción
Los oleoductos son uno de los métodos más seguros para transportar hidrocarburos [1], [2], pero los corredores compartidos con líneas de transmisión de (HVAC) presentan riesgos de interferencia por AC, como corrosión y peligros para la seguridad del personal. Fallas en Alemania en la década de 1980 mostraron que la AC puede dañar ductos recubiertos incluso con Protección Catódica (PC), evidenciando la necesidad de estrategias de mitigación más rigurosas [3].
Se pensaba que la PC evitaba daños por AC, pero la experiencia en campo demostró lo contrario. Los recubrimientos modernos, con alta resistencia dieléctrica, reducen los caminos de fuga a tierra, haciéndolos más susceptibles a la interferencia. Esto resalta la importancia de un diseño eficaz del sistema de puesta a tierra.
Figura 1: Sitio de fuga por corrosión inducida por AC [3]
La Figura 1 muestra una falla por AC donde el aislamiento externo, causado por producción de hidrógeno, se desprende del metal y perfora. Estos indicadores visuales reflejan la severidad de la interferencia.
Las interferencias AC se clasifican en inductiva, capacitiva y resistiva [4], [5]. En el acoplamiento inductivo (Fig. 2a), la interferencia disminuye con la distancia entre conductores de HVAC. La intensidad del campo magnético es proporcional a la corriente de HVAC e inversamente proporcional a su distancia con la tubería. Este tipo suele ser mayor en zonas con discontinuidades [3], [4].
En el acoplamiento capacitivo (Fig. 2b), dos conductores separados por un dieléctrico forman un condensador. El campo electromagnético genera una carga entre la línea HVAC y la tubería, que se acumula hasta que hay una conexión a tierra (Figs. 3a y 3b) [4], [5].
El acoplamiento resistivo (Fig. 2c) ocurre cuando una línea HVAC libera una corriente de falla a tierra, usualmente durante tormentas. Aunque breves (milisegundos), estas corrientes pueden alcanzar cientos de miles de amperios, afectando recubrimientos, acero del ducto y seguridad del personal y el público [4], [5].
Figura 2: Tipos de Interferencias AC Inducidas en Tuberías
Figura 3: Efecto capacitivo en tuberías
2. Evaluación y Mitigación de la Interferencia AC
La interferencia se evalúa mediante potenciales tubo-suelo, levantamientos de Campo Eléctrico Longitudinal (LEF) y resistividad del suelo [6], [7]. Datos del sistema HVAC, como especificaciones de torres y carga, alimentan programas Ingeniería Asistida por Computadora (IAC) que simulan voltajes inducidos y sugieren mitigación.
La mitigación incluye sistemas de puesta a tierra conectados mediante desacopladores, que aíslan la PC y permiten drenar con seguridad las fallas de AC. La elección del material (cobre o zinc) es clave para la durabilidad [8].
Normas como Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) y Norma Europea (EN) fijan límites típicos: menos de 30 A/ m2 de densidad y 15 V de AC en estado estable. Modelos IAC guían la ubicación de tierras. Cupones verifican el diseño en campo. Los desacopladores DC deben aislar sin comprometer la seguridad.
(a) Ejemplo de validación de modelo
Figura 4: Diseño de Sistemas de Mitigación de Interferencias AC
3. La Historia del zinc en la Mitigación AC
Tradicionalmente se prefería el cobre, pero preocupaciones sobre corrosión galvánica llevaron a adoptar el zinc [9]. No obstante, la norma IEEE Std. 80 [10] y la DIN 50929-3 [11] exigen pruebas de suelo para justificar su uso, dada su posible corrosión en condiciones variables.
Ambas normas indican que el zinc solo es aceptable si ensayos detallados demuestran un comportamiento estable en el entorno previsto. La DIN clasifica la agresividad del suelo y las tasas de corrosión según su química. El zinc suele fallar en suelos ácidos o ricos en sulfatos, y puede pasivarse impredeciblemente en medios carbonatados. Ductos extensos enfrentan dificultades para cumplir este requisito. Además, hay pocos estudios sobre la durabilidad del zinc con exposición continua a AC.
Factores como el tipo de relleno, pasivación, entorno químico y la interacción con la PC generan dudas sobre su confiabilidad. En suelos con carbonatos o sulfatos (por fertilizantes), el zinc puede pasivarse. En otros, su corrosión se agrava por cloruros o compuestos azufrados. A su vez, los sistemas PC aumentan la alcalinidad superficial, acelerando su disolución, efecto subestimado.
Operadores reportan desempeño inconsistente de la cinta de zinc. En ciertos tramos, el material permanece casi intacto tras años de uso; en otros, presenta picaduras severas o disolución total. Esta variabilidad introduce incertidumbre y riesgo en la planificación de la mitigación.
4. Problemas con el zinc para Mitigación de Interferencias AC
4.1 Caso de estudio: Hallazgos del Artículo NACE 12828
Resumen del artículo NACE 12828 [5], que presenta un caso sobre los desafíos del uso de cinta de zinc en suelos corrosivos. Los autores investigaron la causa raíz de la corrosión en campo. Se encontró que una muestra de zinc tenía una tasa de corrosión superior a 40 mils por año (mpy), mientras que el cobre, en las mismas condiciones, mostró menos de 1 mpy. Las Figuras 5a y 5b muestran imágenes del zinc severamente corroído.
Las muestras se analizaron con microscopía superficial, metalografía en corte transversal, Microscopía Electrónica de Barrido (SEM), Espectrometría de rayos X por dispersión de energía (EDS) y Difracción de Rayos X (XRD). Se identificaron productos de corrosión como óxido blanco, con capas de entre 30 y 50 mils [5]. También se detectaron cloro y azufre (Fig. 5c). El zinc presentó corrosión severa (hasta 40 mpy), mientras que el cobre mostró degradación mínima [5]. El estudio concluye que la corrosión del zinc compromete su confiabilidad.
Figura 5: Figuras 5, 6, y 7 de Artículo de NACE Corrosión 2019 No. 12828[5]
4.2. Hallazgos del artículo de la revista: Corrosion – Vol. 71, No. 6
Resumen del artículo publicado en «Corrosion – Vol. 71, No. 6» [8], que investiga el comportamiento del zinc bajo distintas densidades de corriente AC en un relleno simulado. Los resultados muestran que la corrosión del zinc se acelera con presencia de AC. La película de productos de corrosión formada sobre su superficie fue destruida por la oscilación de la corriente. La tasa de corrosión sin AC fue de 0.15 mm/ año (6 mpy) y aumentó a 0.83 mm/año (32.7 mpy) con 300 A/m². La Fig. 6a presenta las tasas de corrosión del zinc según la densidad de corriente.
El análisis por SEM reveló que sin AC se forma una película compacta, que con AC se vuelve más delgada y desaparece. La Fig. 6b muestra dicha película tras cuatro días de exposición. Pruebas de polarización potenciodinética mostraron que el zinc no se pasiva. El análisis por Espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS) evidenció grietas y microporos, con resistencia reducida de 633 a 30 ohmios. La Fig. 6c muestra la sección transversal final.
Figura 6: Figuras 4, 7 y 8 del artículo Corrosión – Vol. 71, No. 6[8]
4.3. Experiencia de Operadores y Consideraciones Ambientales
Los datos de campo revelan fallas frecuentes del zinc cerca de los desacopladores, donde las densidades de corriente superan los 100 A/m² [5], [8]. Los modelos IAC confirman estas zonas de corriente elevada. La disolución del zinc contamina el suelo, y la alta biodisponibilidad del metal plantea preocupaciones ecológicas. Se sabe que el exceso de zinc en el suelo es fitotóxico y perjudicial para la calidad del rendimiento agrícola [12]. Con mayor regulación, futuras restricciones al zinc podrían afectar también al cobre.
5. Conclusión
La susceptibilidad del zinc a la corrosión bajo condiciones de interferencia de AC representa un riesgo tanto para la confiabilidad como para el entorno en los sistemas de mitigación. Aunque la norma IEEE permite el uso de zinc con pruebas de suelo, la evidencia de fallas y estudios indica que el cobre es más estable. Los operadores deben evaluar cuidadosamente la selección del material de puesta a tierra para garantizar la longevidad del sistema y la seguridad ambiental.
Referencias
[1] Chen et al. (2019) study key indicators of reputation loss in oil and gas pipeline failures.
[2] Green & Jackson (2015) compare the safety of oil and gas transport via pipelines and rail.
[3] AMPP (2010) reviews corrosion rates, mechanisms, and mitigation in pipeline protection.
[4] Cheng (2021) discusses corrosion of pipelines and protection techniques.
[5] Zamanzadeh et al. (2019) explore AC interference corrosion and mitigation methods.
[6] AMPP (2019) addresses AC and lightning effects on metallic structures and corrosion control.
[7] AMPP (2018) assesses risks and mitigation for AC corrosion in cathodically protected pipelines.
[8] Tang et al. (2015) analyze zinc’s performance in AC mitigation.
[9] Woodberry (1983) investigates corrosion caused by electricity discharge from buried metals.
[10] IEEE (2015) offers guidelines for safety in AC substation grounding.
[11] DIN (2024) examines corrosion likelihood in buried and underwater pipelines.
[12] Kaur et al. (2024) review zinc behavior in soils and strategies for reducing toxicity.
Este artículo fue desarrollado por especialistas de Vecor Pipeline Integrity y publicado como parte de la quinta edición de la revista Inspenet Brief Agosto 2025, dedicada a contenidos técnicos del sector energético e industrial.