Simulation and Modelling of Cathodic Protection Systems by the Finite Elements and the Boundary Elements Methods

 

C. Barrios Durstewitz,* F. Almeraya-Calderón, R. Núñez Jaquez, C. Gaona Tiburcio, A. Martínez Villafañe

 

Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S.C. (CIMAV), División de Deterioro de Materiales e Integridad Estructural / Grupo de Corrosión, Miguel de Cervantes No.120  Complejo Industrial Chihuahua, C.P. 31109, Chihuahua, Chih., México

 

 

Received 19 April 2004; accepted 9 February 2004

 

 

Abstract

The development of mathematical models and the simulation of cathodic protection systems applied to buried tubing are presented. The solution of partial differential equations is obtained by numerical methods like finite elements and boundary elements. The purpose is developing a quantitative method of potential distribution prediction on the surface of the buried structure, covering aspects like selection of materials, geometric configuration and design of the system. As verification problems were used the problem of the square tank, and the problem of the cylindrical container. Finally two cases of buried structures are presented.

 

Keywords: cathodic protection, buried structures, modeling, simulation, numerical methods, fem, bem.

 

Simulación y Modelación de Sistemas de Protección Catódica por los Métodos Numéricos de Elementos Finitos y Elementos de Contorno

Resumen

En este trabajo se presenta el desarrollo de modelos matemáticos y simulación de sistemas de protección catódica aplicados a tuberías enterradas. La solución de las ecuaciones diferenciales parciales se obtiene mediante los métodos numéricos de elementos finitos y elementos de contorno. Todo esto con la finalidad de desarrollar un método cuantitativo de predicción de la distribución del potencial y corrientes en el medio y la superficie de la estructura a proteger, cubriendo los siguientes aspectos: disminución de los efectos de corrosión debidos a la selección de materiales, configuración geométrica y diseño del sistema. Como problemas de verificación se utilizaron los dos ejemplos mas conocidos: el problema del tanque cuadrado, y el problema del recipiente cilíndrico con el par ánodo / cátodo circulares y concéntricos.

 

Texto completo disponível em PDF

Full text only in PDF format

 

 

References

1.      R.A. Adey and S.M. Niku, ASTM STP 1154, R.S. Munn, Ed. ASTM, 1992, pp. 248-264.        [ Links ]

2.      V.G. De Giorgi, E.D. Thomas, and A.I. Kaznoff, ASTM STP 1154, R.S. Munn, Ed., ASTM, Philadelphia, USA, 1992, pp .265-276.        [ Links ]

3.      R.D. Strommen, ASTM STP 1154, R.S. Munn, Ed. ASTM, 1992, pp. 229-247.        [ Links ]

4.      R.S. Munn, Computer Modeling in Corrosion, ASTM STP 1154, R.S. Munn, Ed. ASTM, 1992, pp. 215-228.        [ Links ]

5.      K.J. Kennelley, L. Bone, M.E. Orazem, Corrosion 49(3) (1993) 199-210.         [ Links ]

6.      M.E. Orazem, J.M. Esteban, K.J. Kennelley, R.M. Degerstedt, Corrosion 53(4) (1997) 264-272.        [ Links ]

7.      M.E. Orazem, J.M. Esteban, K.J. Kennelley, R.M. Degerstedt, Corrosion 53(6) (1997) 427-436.         [ Links ]

8.      J. Amador, J. Genesca, Afinidad 59(501) (2002) 530-541.         [ Links ]

9.      W. Sun, K.M. Liu, J. Electrochemical Soc. 147(10) (2000) 3687-3690.        [ Links ]

10.    L.S. Xiao-Zhe, J. Newmann, J. Electrochemical Soc. 148 (4) B (2001) 157-B162.        [ Links ]

 

* Corresponding author. E-mail address: carlos.barrios@cimav.edu.mx