LIVRO IEC Corrosão em Instalações Metálicas Enterradas ou Submersas

SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA LUIZ PAULO GOMES

IEC Instalações e Engenharia de Corrosão Ltda. Página 1

INDICE

CAPÍTULO 1....................................................................................................................................11

CORROSÃO EM INSTALAÇÕES METÁLICAS ENTERRADAS OU SUBMERSAS .........11

1.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................111.2 COMO A CORROSÃO SE PROCESSA .................................................................................11

1.2.1 Contatos Elétricos entre Dois Metais Diferentes ...............................................................111.2.2 Heterogeneidades do Aço ...................................................................................................161.2.3 Heterogeneidades do Solo ..................................................................................................171.2.4 Corrosão Eletrolítica..........................................................................................................19

1.3 CORROSÃO POR BACTÉRIAS.............................................................................................201.4 MÉTODOS DE PROTEÇÃO CONTRA A CORROSÃO.......................................................20

1.4.1 Revestimentos Protetores....................................................................................................201.4.2 Proteção Catódica ..............................................................................................................20

CAPÍTULO 2....................................................................................................................................22

PROTEÇÃO CATÓDICA: PRINCÍPIOS BÁSICOS E MÉTODOS DE APLICAÇÃO .........22

2.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................222.2 PRINCÍPIOS BÁSICOS...........................................................................................................222.3 MÉTODOS DE APLICAÇÃO DA PROTEÇÃO CATÓDICA...............................................242.4 PROTEÇÃO CATÓDICA COM ANODOS GALVÂNICOS .................................................252.5 PROTEÇÃO CATÓDICA POR CORRENTE IMPRESSA ....................................................272.6 CORRENTE NECESSÁRIA PARA PROTEÇÃO CATÓDICA ............................................302.7 CRITÉRIOS DE PROTEÇÃO CATÓDICA............................................................................312.8 MANUTENÇÃO DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA ...........................................322.9 CUSTO DA PROTEÇÃO CATÓDICA...................................................................................32

CAPÍTULO 3....................................................................................................................................34

MEDIÇÕES DE CAMPO PARA A ELABORAÇÃO DE PROJETOS DE PROTEÇÃOCATÓDICA ......................................................................................................................................34

3.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................343.2 INFORMAÇÕES LEVANTADAS ANTES DOS TRABALHOS DE CAMPO.....................343.3 MEDIÇÕES DE CAMPO.........................................................................................................35

3.3.1 Resistividades Elétricas ......................................................................................................353.3.2 Potenciais Estrutura/Eletrólito...........................................................................................363.3.3 Acidez do Solo.....................................................................................................................383.3.4 Pesquisa de Corrosão por Bactéria ou Corrosão Microbiológica ....................................383.3.5 Medições de Corrente.........................................................................................................383.3.6 Testes para a Determinação da Corrente Necessária para Proteção Catódica e dasCondições de Polarização da Estrtutura.....................................................................................393.3.7 Testes nas Travessias com Tubos-Camisa..........................................................................403.3.8 Escolha dos Locais para a Instalação dos Retificadores, Leitos de Anodos eEquipamentos de Drenagem........................................................................................................403.3.9 Outros Testes, Medições e Observações ............................................................................40

3.4 CONCLUSÃO ..........................................................................................................................40

CAPÍTULO 4....................................................................................................................................41

INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO PARA PROTEÇÃO CATÓDICA......................................41



4.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................414.2 VOLTÍMETROS ......................................................................................................................41

4.2.1 Voltímetros Convencionais.................................................................................................414.2.1.1 Voltímetros convencionais de alta resistência ................................................................414.2.1.2 Voltímetros convencionais de baixa resistência..............................................................424.2.1.3 Voltímetros potenciométricos ..........................................................................................424.2.1.4 Voltímetros eletrônicos....................................................................................................42

4.3 AMPERÍMETROS ...................................................................................................................434.3.1 Amperímetro de Resistência Nula ......................................................................................43

4.4. MEDIDORES COMBINADOS ..............................................................................................434.5 INSTRUMENTOS PARA MEDIÇÕES DE RESISTIVIDADES ...........................................43

4.5.1 Vibroground........................................................................................................................434.5.2 Megger................................................................................................................................434.5.3 Outros Instrumentos ...........................................................................................................444.5.4 EM’S ...................................................................................................................................44

4.6 VOLT-OHM-MILIAMPERÍMETRO ......................................................................................454.7 REGISTRADORES..................................................................................................................454.8 DATA LOGGERS ....................................................................................................................46

4.8.1 Ramlog (de fabricação da A.B.I. Data)..............................................................................464.8.2 Tricorder (de fabricação da MC MILLER) ........................................................................464.8.3 Rectifier Controler (de fabricação da Cathodic Technology Limited) ..............................474.8.4 DLINK (de fabricação da Harco Technologies Corporation) ...........................................47

4.9 INTERRUPTORES AUTOMÁTICOS DE CORRENTE........................................................474.10 LOCALIZADORES DE TUBULAÇÃO................................................................................474.11 DETECTORES DE FALHA DE REVESTIMENTO PARA TUBULAÇÕESENTERRADAS ..............................................................................................................................484.12 EQUIPAMENTOS PARA LEVANTAMENTO DE PERFIL DE POTENCIAL..................484.13 ACESSÓRIOS ........................................................................................................................49

4.13.1 Eletrodos de Referência....................................................................................................494.13.2 Caixa Padrão....................................................................................................................494.13.3 Fontes para Testes de Corrente........................................................................................504.13.4 Carretéis e Fios ................................................................................................................50

CAPÍTULO 5....................................................................................................................................51

DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA..................................51

5.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................515.2 A IMPORTÂNCIA DOS LEVANTAMENTOS DE DADOS.................................................515.3 SELEÇÃO DO MÉTODO DE PROTEÇÃO CATÓDICA A SER USADO...........................51

5.3.1 Sistema Galvânico ..............................................................................................................515.3.2 Sistema por Corrente Impressa ..........................................................................................51

5.4 CÁLCULO DA CORRENTE DE PROTEÇÃO CATÓDICA.................................................51ESTRUTURA......................................................................................................................................53QUALIDADE DO REVESTIMENTO .......................................................................................................53EFICIÊNCIA.......................................................................................................................................535.5 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS GALVÂNICOS .....................................................54

5.5.1 Instalações Submersas........................................................................................................545.5.1.1 Escolha do material dos anodos ...................................................................................545.5.1.2 Determinação da massa de anodos...............................................................................545.5.1.3 Determinação do número de anodos ............................................................................555.5.1.4 Verificação da corrente liberada pelos anodos.............................................................55

5.5.2 Instalações Enterradas .......................................................................................................56



5.5.2.1 Escolha do Material e Determinação da Massa dos Anodos........................................565.5.2.2 Cálculo da corrente liberada pelos anodos ...................................................................565.5.2.3 Cálculo do número de anodos individuais ou do número de leitos de anodos.............575.5.2.4 Verificação da vida dos anodos....................................................................................57

5.6 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS POR CORRENTE IMPRESSA.............................575.6.1 Definição do Número de Pontos de Injeção de Corrente...................................................575.6.2 Escolha do Material do Anodo...........................................................................................585.6.3 Cálculo da Massa de Anodos .............................................................................................585.6.4 Escolha do Número Mínimo de Anodos .............................................................................585.6.6 Cálculo da Resistência do Circuito ....................................................................................58

5.6.6.1 Resistência total do circuito .........................................................................................595.6.7 Verificação do Número de Anodos .....................................................................................60

5.7 AUXÍLIO DE MICROCOMPUTADORES.............................................................................60

CAPÍTULO 6....................................................................................................................................61

MATERIAIS E EQUIPAMENTOS UTILIZADOS EM SISTEMAS DE PROTEÇÃOCATÓDICA ......................................................................................................................................61

6.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................616.2 SISTEMAS GALVÂNICOS ....................................................................................................61

6.2.1 Anodos ................................................................................................................................61

PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS APRESENTADAS PELOS ANODOS GALVÂNICOS61

6.2.2 Enchimento Condutor (Backfill).........................................................................................646.2.3 Cabos Elétricos...................................................................................................................646.2.4 Conectores Elétricos...........................................................................................................656.2.5 Caixas de Ligação ou de Passagem ...................................................................................656.2.6 Resistores Elétricos ............................................................................................................656.2.7 Materiais Diversos..............................................................................................................65

6.3 SISTEMAS POR CORRENTE IMPRESSA............................................................................656.3.1 Retificadores de Corrente...................................................................................................656.3.2 Equipamentos de Drenagem...............................................................................................676.3.3 Anodos Inertes ....................................................................................................................696.3.4 Enchimento (Backfill) Usados para os Anodos Inertes......................................................716.3.5 Cabos Elétricos...................................................................................................................716.3.6 Juntas Isolantes. .................................................................................................................726.3.7 Dispositivos de Proteção das Juntas Isolantes...................................................................736.3.8 Caixas de Medição, Interligação e Pontos de Teste...........................................................736.3.9 Resistores Elétricos ............................................................................................................746.3.10 Materiais Diversos............................................................................................................75

CAPÍTULO 7....................................................................................................................................76

LEITOS DE ANODOS EM POÇOS PROFUNDOS ....................................................................76

7.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................767.2 TIPOS........................................................................................................................................76

7.2.1 Estrutura Básica .................................................................................................................767.2.2 Tubos e Trilhos-Sucata.......................................................................................................767.2.3 Sistemas Não Recuperáveis. ...............................................................................................777.2.4 Sistemas Recuperáveis........................................................................................................79

7.3 VANTAGENS E DESVANTAGENS......................................................................................807.3.1 Vantagens ...........................................................................................................................80



7.3.2 Desvantagens......................................................................................................................807.4 PROJETO..................................................................................................................................81

7.4.1 Escolha do Local para a Cama ..........................................................................................817.4.2 Resistividade Elétrica do Solo ............................................................................................817.4.3 Seleção de Materiais...........................................................................................................817.4.4 Profundidade Máxima Admissível ......................................................................................837.4.5 Procedimento para o Dimensionamento ............................................................................83

7.5 MONTAGEM ...........................................................................................................................847.6 ENERGIZAÇÃO ......................................................................................................................847.7 OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO ............................................................................................85

7.7.1 Problemas Usuais Durante a Operação e Manutenção.....................................................857.7.2 Registros .............................................................................................................................85

7.8 CONCLUSÕES ........................................................................................................................85

CAPÍTULO 8....................................................................................................................................86

INSPEÇÃO E MANUTENÇÃO DE SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA ....................86

8.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................868.2 COMPONENTES DE UM SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA ...................................86

8.2.1 Para Tubulações Enterradas..............................................................................................868.2.2 Para Tubulações Submersas...............................................................................................878.2.3 Para Fundos de Tanques de Armazenamento ....................................................................878.2.4 Para Estacas de Aço Cravadas no Mar .............................................................................878.2.5 Plataformas de Petróleo .....................................................................................................878.2.6 Armaduras de Aço das Obras de Concreto ........................................................................87

8.3 ORIENTAÇÃO PARA OS SERVIÇOS DE INSPEÇÃO E MANUTENÇÃO.......................878.3.1 Tubulações Enterradas Protegidas com Sistema Galvânico..............................................888.3.2 Tubulações Enterradas Protegidas com Sistema por Corrente Impressa..........................888.3.3 Fundos de Tanques de Armazenamento .............................................................................888.3.4 Estacas Metálicas de Piers de Atracação de Navios com Sistema por Corrente Impressa.....................................................................................................................................................888.3.5 Plataformas de Petróleo com Sistema por Anodos Galvânicos .........................................898.3.6 Armaduras de Aço do Concreto .........................................................................................89

8.4 CONCLUSÃO ..........................................................................................................................89

CAPÍTULO 9....................................................................................................................................90

REVESTIMENTOS PROTETORES PARA INSTALAÇÕES METÁLICAS ENTERRADASE SUBMERSAS................................................................................................................................90

9.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................909.2 CARACTERÍSTICAS NECESSÁRIAS A UM REVESTIMENTO .......................................919.3 REVESTIMENTO PARA TUBULAÇÕES ENTERRADAS .................................................92

9.3.1 Revestimento à Base de Esmalte de Piche de Carvão........................................................929.3.2 Revestimento à Base de Esmalte de Asfalto de Petróleo....................................................939.3.3 Revestimento com Fitas Plásticas ......................................................................................949.3.4 Revestimento com Tintas Betuminosas (Epóxi Piche de Carvão ou Alcatrão Epóxi)........949.3.5 Revestimento com Espuma Rígida de Poliuretano.............................................................94

9.4 REVESTIMENTO PARA TUBULAÇÕES SUBMERSAS ....................................................959.5 REVESTIMENTO PARA TANQUES DE ARMAZENAMENTO ........................................95

9.5.1 Revestimento para Tanques de Aço Totalmente Enterrados..............................................959.5.2 Revestimento para Fundo de Tanque .................................................................................95

9.6 REVESTIMENTO PARA CASCO DE EMBARCAÇÕES.....................................................95



9.7 REVESTIMENTO PARA ESTACAS DE AÇO DE PIERS DE ATRACAÇÃO....................969.8 CONCLUSÃO ..........................................................................................................................96

CAPÍTULO 10..................................................................................................................................97

SISTEMAS DE DRENAGEM DE CORRENTE PARA CONTROLE DA CORROSÃOELETROLÍTICA EM TUBULAÇÕES ENTERRADAS ............................................................97

10.1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................................9710.2 A CORROSÃO ELETROLÍTICA..........................................................................................9810.3 SISTEMAS DE DRENAGEM ...............................................................................................99

10.3.1 Ligação Direta..................................................................................................................9910.3.2 Ligação por Meio de um Equipamento de Drenagem....................................................100

10.4 COMPLEMENTAÇÃO COM SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA .......................10210.5 CONCLUSÃO ......................................................................................................................102

CAPÍTULO 11................................................................................................................................103

INFLUÊNCIA DAS LINHAS DE TRANSMISSÃO ELÉTRICA EM ALTA TENSÃOSOBRE AS TUBULAÇÕES ENTERRADAS .............................................................................103

11.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................10311.2 ANÁLISE DO FENÔMENO................................................................................................10311.3 MÉTODOS DE CÁLCULO DAS TENSÕES TUBO/SOLO ..............................................10511.4 SOLUÇÕES PRÁTICAS PARA CONTORNAR O PROBLEMA .....................................10611.5 EXEMPLO PRÁTICO..........................................................................................................107

11.5.1 Dados do Gasoduto ........................................................................................................10811.5.2 Primeiro Cruzamento .....................................................................................................10811.5.3 Segundo Cruzamento ......................................................................................................109

11.6 CONCLUSÃO ......................................................................................................................110

CAPÍTULO 12................................................................................................................................111

SISTEMAS DE ATERRAMENTO ELÉTRICO COM ANODOS DE ZINCO ......................111

12.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................11112.2 INSTALAÇÃO .....................................................................................................................11112.3 COMPARAÇÃO ENTRE OS ANODOS DE ZINCO E AS HASTES DE ATERRAMENTOCONVENCIONAIS......................................................................................................................11212.4 VIDA DOS ANODOS..........................................................................................................11312.5 CONCLUSÃO ......................................................................................................................113

CAPÍTULO 13................................................................................................................................114

ATERRAMENTO ELÉTRICO DE TANQUES METÁLICOS DE ARMAZENAMENTO .114

13.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................11413.2 MÉTODOS DE ATERRAMENTO ELÉTRICO .................................................................114

13.2.1 American Petroleum Institute .........................................................................................11513.2.2 National Bureau of Stantard Handbook.........................................................................115

CODE FOR PROTECTION AGAINST LIGHTNING .............................................................115

13.2.3 National Fire Protection Association.............................................................................115

FIRE PROTECTION HANDBOOK............................................................................................115

13.2.4 American Oil Company ..................................................................................................116

HAZARDS OF ELECTRICITY – BOOKLET Nº......................................................................116



13.2.5 Esso.................................................................................................................................116

ESSO ENGINEERING STANDARD B-14-86 ............................................................................116

13.2.6 Standard Handbook for Electrical Engineers ................................................................116

SEÇÃO 17-642................................................................................................................................116

13.3 ESTIMATIVA DAS RESISTÊNCIAS TANQUE/TERRA NA REPLAN .........................11613.4 CONCLUSÕES ....................................................................................................................116

CAPÍTULO 14................................................................................................................................118

PROTEÇÃO CATÓDICA DE TUBULAÇÕES ENTERRADAS E SUBMERSAS................118

14.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................11814.2 PROTEÇÃO CATÓDICA PARA TUBULAÇÕES ENTERRADAS .................................118

14.2.1 Proteção Catódica com Anodos Galvânicos ..................................................................11814.2.2 Proteção Catódica por Corrente Impressa ....................................................................11914.2.3 Como Saber se a Tubulação está Protegida Catodicamente .........................................121

14.2 PROTEÇÃO CATÓDICA PARA EMISSÁRIOS SUBMARINOS ....................................12214.4 PROTEÇÃO CATÓDICA DE TUBOS-CAMISA PARA POÇOS PROFUNDOS ............12214.5 CONCLUSÕES ....................................................................................................................123

CAPÍTULO 15................................................................................................................................124

PROTEÇÃO CATÓDICA DE TANQUES DE ARMAZENAMENTO DE PETRÓLEO EDERIVADOS..................................................................................................................................124

15.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................12415.2 TIPOS DE TANQUES DE ARMAZENAMENTO .............................................................124

15.2.1 Tanques Aéreos Apoiados no Solo .................................................................................12415.2.2 Tanques Enterrados........................................................................................................12415.2.3 Tanques Submersos ........................................................................................................124

15.3 PROTEÇÃO CATÓDICA....................................................................................................12415.3.1 Proteção Catódica Interna dos Tanques de Petróleo com Lastro de Água ..................12515.3.2 Proteção Catódica Externa ............................................................................................125

15.4 CRITÉRIOS DE PROTEÇÃO..............................................................................................12915.5 DISTRIBUIÇÃO DA CORRENTE EM GRUPO DE TANQUES..........................................................12915.6 CONCLUSÃO ......................................................................................................................130

CAPÍTULO 16................................................................................................................................131

PROTEÇÃO CATÓDICA PARA PIERS DE ATRACAÇÃO DE NAVIOS ...........................131

16.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................13116.2 CARACTERÍSTICAS DAS ESTRUTURAS ......................................................................13116.3 CARACTERÍSTICAS DA ÁGUA DO MAR......................................................................13216.4 CORROSÃO DO AÇO PELA ÁGUA SALGADA.............................................................13316.5 SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA .........................................................................134

16.5.1 Sistema Galvânico ..........................................................................................................13416.5.2 Sistema por Corrente Impressa ......................................................................................13516.5.3 Comparação Entre o Sistema Galvânio e o Sistema por Corrente Impressa ................137Principais Características dos Sistemas Galvânicos e por Corrente Impressa........................137

SISTEMA POR ANODOS GALVÂNICOS ................................................................................137

SISTEMA POR CORRENTE IMPRESSA .................................................................................137



16.6 ZONA DE VARIAÇÃO DE MARÉ E DE RESPINGO......................................................13716.7 CONCLUSÃO ......................................................................................................................138

CAPÍTULO 17................................................................................................................................139

PROTEÇÃO CATÓDICA DE NAVIOS .....................................................................................139

17.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................13917.2 CORROSÃO E PROTEÇÃO CATÓDICA..........................................................................13917.3 PROTEÇÃO CATÓDICA GALVÂNICA ...........................................................................140

17.3.1 Proteção Galvânica de Tanques de Lastro ....................................................................14117.3.2 Corrente Necessária .......................................................................................................142

TANQUESmA/m2.................................................................................................................142CASCO mA/m2 .....................................................................................................................142

1.4 PROTEÇÃO CATÓDICA POR CORENTE IMPRESSA .....................................................14317.4.1 Quantidade de Corrente Necessária para o Sistema de Corrente Impressa..................145

17.5 COMPARAÇÃO ENTRE OS SISTEMAS GALVÂNICOS E POR CORRENTEIMPRESSA ...................................................................................................................................14517.6 INFLUÊNCIA DO REVESTIMENTO DO CASCO SOBRE AS CONDIÇÕES DEOPERAÇÃO DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA ......................................................14617.7 INFLUÊNCIA DAS CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO DO SISTEMA DE PROTEÇÃOCATÓDICA SOBRE O REVESTIMENTO.................................................................................14617.8 CONCLUSÃO ......................................................................................................................147

CAPÍTULO 18................................................................................................................................148

PROTEÇÃO CATÓDICA DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA, ESGOTOS EEFLUENTES INDUSTRIAIS.......................................................................................................148

18.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................14818.2 PROTEÇÃO CATÓDICA GALVÂNICA ...........................................................................14818.8 PROTEÇÃO CATÓDICA POR CORRENTE IMPRESSA ................................................14918.4 VERIFICAÇÃO DO FUNCIONAMENTO DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA.......................................................................................................................................................15018.5 CUSTO..................................................................................................................................15118.6 CONCLUSÃO ......................................................................................................................151

CAPÍTULO 19................................................................................................................................152

PROTEÇÃO CATÓDICA DE PLATAFORMAS FIXAS DE PETRÓLEO ...........................152

19.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................15219.2 LEVANTAMENTO DE DADOS PARA O PROJETO.......................................................152

19.2.1 Parâmetros Associados à Estrutura ...............................................................................15219.2.2 Parâmetros Associados ao Meio Ambiente ....................................................................15219.2.3 Parâmetros Associados aos Sistemas de Proteção Catódica.........................................153

19.3 CRITÉRIO DE PROTEÇÃO................................................................................................15319.4 VIDA ÚTIL DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA................................................15319.5 DENSIDADES DE CORRENTE DE PROTEÇÃO.............................................................15419.6 ESCOLHA DO TIPO DE SISTEMA ...................................................................................15419.7 ISOLAMENTO ELÉTRICO ................................................................................................15419.8 CORRENTES DE INTERFERÊNCIA.................................................................................15419.9 SISTEMAS GALVÂNICOS ................................................................................................154

19.9.1 Dimensionamento ...........................................................................................................15519.10 SISTEMAS POR CORRENTE IMPRESSA......................................................................159

19.10.1 Dimensionamento .........................................................................................................160



19.10.2 Materiais.......................................................................................................................16019.11 SISTEMAS DE MONITORAÇÃO....................................................................................16019.12 ACOMPANHAMENTO OPERACIONAL .......................................................................16119.13 CONCLUSÕES ..................................................................................................................162

CAPÍTULO 20................................................................................................................................163

PROTEÇÃO CATÓDICA DE PÉS DE TORRES DE LINHAS DE TRANSMISSÃOELÉTRICA .....................................................................................................................................163

20.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................16320.2 ATERRAMENTO ELÉTRICO ............................................................................................16320.3 INSTALAÇÃO DOS ANODOS GALVÂNICOS ...............................................................16320.4 INSTALAÇÃO DE SISTEMA POR CORRENTE IMPRESSA .........................................16420.5 CONCLUSÃO ......................................................................................................................164

CAPÍTULO 21................................................................................................................................165

PROTEÇÃO CATÓDICA DE ARMADURAS DE AÇO DE ESTRUTURAS DECONCRETO...................................................................................................................................165

21.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................16521.1 HISTÓRICO .........................................................................................................................16521.3 MECANISMO BÁSICO DA CORROSÃO DAS ARMADURAS NO CONCRETO ........16521.4 PRINCIPAIS MÉTODOS UTILIZADOS PARA O COMBATE À CORROSÃO NOCONCRETO .................................................................................................................................169

21.4.1 Técnicas de Reparo Localizado......................................................................................16921.4.2 Procedimentos de Projeto e Construção ........................................................................16921.4.3 Métodos de Isolamento da Superfície de Concreto do Meio Ambiente Agressivo .........17021.4.4 Método da Proteção Direta das Armaduras ..................................................................17021.4.5 Métodos de Controle Direto da Corrosão......................................................................170

USO DE INIBIDORES QUÍMICOS............................................................................................170

PROTEÇÃO CATÓDICA.............................................................................................................170

21.5 MECANISMO BÁSICO DO FUNCIONAMENTO DA PROTEÇÃO CATÓDICA DECONCRETO .................................................................................................................................17121.6 CRITÉRIOS DE PROTEÇÃO..............................................................................................171

21.6.1 Potenciais Mínimos ........................................................................................................17221.7 MEDIÇÕES DE POTENCIAL.............................................................................................17221.8 PROJETO DE SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA PARA ESTRUTURAS DECONCRETO .................................................................................................................................173

21.8.1 Generalidades.................................................................................................................17321.8.2 Tipos de Estruturas que Podem ser Protegidas .............................................................17421.8.3 Dados para o Projeto .....................................................................................................17421.8.4 Levantamento de Dados .................................................................................................175

21.8.4.1 Instrumentos necessários..........................................................................................17621.8.5 Tipos de Sistemas............................................................................................................176

21.8.5.1 Sobrecamada condutora ...........................................................................................17621.8.5.2 Sistemas embutidos no concreto ..............................................................................17621.8.5.3 Sistemas distribuídos com anodos em forma de tela................................................17721.8.5.4 Sistemas com revestimentos condutores ..................................................................179

21.8.6 Dimensionamento ...........................................................................................................180

DENSIDADE DE CORRENTE DE PROTEÇÃO......................................................................180



DENSIDADE DE CORRENTE MÁXIMA ADMISSÍVEL NOS ANODOS............................180

DETERMINAÇÃO DA CORRENTE DE PROTEÇÃO............................................................180

CONTINUIDADE ELÉTRICA ....................................................................................................180

DISTRIBUIÇÃO DOS CIRCUITOS POSITIVOS ....................................................................181

TIPO DE SISTEMA.......................................................................................................................181

RETIFICADORES.........................................................................................................................181

MONITORAÇÃO ..........................................................................................................................182

VIDA ÚTIL.....................................................................................................................................182

ISOLAMENTO ELÉTRICO ........................................................................................................182

CORRENTES DE INTERFERÊNCIA........................................................................................183

21.9 CONCLUSÕES ....................................................................................................................183

CAPÍTULO 22................................................................................................................................184

PROTEÇÃO CATÓDICA PARA SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE COMBUSTÍVELDE AEROPORTOS .......................................................................................................................184

22.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................18422.2 SISTEMA DE TUBULAÇÕES E TANQUES PARA TRANSPORTE,ARMAZENAMENTO E DISTRIBUIÇÃO DO QUEROSENE PARA AS AERONAVES.......184

22.2.1 Transporte Refinaria/Aeroporto.....................................................................................18422.2.2 Armazenamento no Aeroporto........................................................................................18422.2.3 Distribuição para as Aeronaves .....................................................................................184

22.3 SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA UTILIZADOS ................................................18522.3.1 Proteção Catódica para o Trecho Refinaria/Aeroporto ................................................18522.3.2 Proteção Catódica para os Tanques de Armazenamento...............................................18522.3.3 Proteção Catódica para as Tubulações de Querosene dentro do Aeroporto ................186

22.4 LEVANTAMENTOS DE CAMPO PARA O PROJETO DE PROTEÇÃO CATÓDICA..18622.5 CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO...........................................................................................18722.6 CONCLUSÃO ......................................................................................................................187

CAPÍTULO 23................................................................................................................................188

SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA DO GASODUTO RIO–SÃO PAULO ..................188

23.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................18823.2 DESCRIÇÃO........................................................................................................................18823.3 LEVANTAMENTOS DE CAMPO PARA O PROJETO DO SISTEMA DE PROTEÇÃOCATÓDICA..................................................................................................................................189

23.3.1 Resistividades Elétricas do Solo.....................................................................................18923.3.2 Avaliação das Correntes de Interferência......................................................................19023.3.3 Verificação das Condições de Operação dos Sistemas de Proteção Catódica dos DutosExistentes ...................................................................................................................................19023.3.4 Escolha de Locais para Instalação dos Equipamentos e Dispositivos de ProteçãoCatódica e Drenagem................................................................................................................191

23.4 ORIENTAÇÕES ADOTADAS PARA O PROJETO ..........................................................191



23.5 FINALIDADE DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA E DE DRENAGEM..........19223.6 DESCRIÇÃO DO SISTEMA ...............................................................................................19223.7 CONCLUSÃO ......................................................................................................................194

CAPÍTULO 24................................................................................................................................195

COMO ESPECIFICAR SERVIÇOS DE PROTEÇÃO CATÓDICA.......................................195

24.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................19524.2 INFORMAÇÕES A RESPEITO DA ESTRUTURA A SER PROTEGIDA .......................19524.3 ESPECIFICAÇÕES PARA OS LEVANTAMENTOS DE CAMPO ..................................19524.4 ESPECIFICAÇÕES PARA O PROJETO DE PROTEÇÃO CATÓDICA ..........................19524.5 CONDIÇÕES MÍNIMAS PARA A ACEITAÇÃO DO SISTEMA ....................................196

REPRESENTAÇÕES ....................................................................................................................197

CURRÍCULO SIMPLIFICADO DA IEC ..................................................................................199



CAPÍTULO 1Corrosão em Instalações Metálicas Enterradas ou Submersas

1.1 INTRODUÇÃO

O presente capítulo analisa os principais tipos de corrosão a que estão sujeitas as instalaçõesmetálicas enterradas ou submersais, tais como tubulações (oleodutos, gasodutos, minerodutos,adutoras, linhas enterradas em unidades industriais, emissários submarinos), piers de atracação,bases de tanques de armazenamento, navios, camisas metálicas de poços, cabos telefônicos, redesde incêndio, armaduras de aço de concreto e muitas outras, largamente utilizadas em obras deengenharia.

O conhecimento dos processos corrosivos que atacam essas instalações é de extremaimportância, não só pelo patrimônio valioso que elas representam para as indústrias, empresas degás, de petróleo, de mineração, petroquímicas, estaleiros, armadores e companhias de saneamento eáguas, mas também para o estudo adequado e perfeita aplicação das técnicas de combate à corrosãopara esses casos, tais como a aplicação dos revestimentos protetores e da proteção catódica.

1.2 COMO A CORROSÃO SE PROCESSA

A corrosão é, na grande maioria dos casos, fruto de uma reação eletroquímica que envolvemetais e um eletrólito, composto, de um modo geral, de substâncias químicas e água, as quais secombinam formando pilhas capazes de gerar uma corrente elétrica. Os solos, por mais secos quepareçam, sempre contêm água e funcionam, normalmente, como excelentes eletrólitos para apassagem dessa corrente.

Quando uma tubulação de aço ou de ferro é enterrada, ela fica sob a ação de processoscorrosivos, ou pilhas de corrosão, que podem ser causados por:

1) contatos elétricos entre dois metais diferentes;2) heterogeneidades do aço ou do ferro;3) heterogeneidades do solo;4) eletrólise causada por correntes elétricas de fuga oriundas de fontes externas de força

eletromotriz (como os geradores de corrente contínua das estradas de ferro eletrificadas) ou;5) pela combinação de alguns ou de todos esses fatores atuando ao mesmo tempo, como

acontece na maioria das vezes.Em casos especiais, menos comuns, uma tubulação enterrada pode ser atacada também pela

corrosão resultante da ação de certos tipos de bactérias.Analisemos cada uma dessas condições separadamente.

1.2.1 Contatos Elétricos entre Dois Metais Diferentes

Se qualquer dos metais utilizados normalmente em instalações industriais é colocado emcontato com o solo, existe uma diferença de potencial entre esse metal e o solo. Essa diferença depotencial, chamada normalmente de potencial natural, pode ser medida com facilidade por meio deum voltímetro e de um eletrodo de referência, tal como o eletrodo de cobre/sulfato de cobre(Cu/CuSO4), utilizado na prática, como mostrado na figura 1.1.



Figura 1.1 – Medição do potencial, em relação ao solo, de qualquer material metálico (potencial estrutura/solo).

Foto 1.1 – Corrosão de uma chapa de aço na água do mar.

Para um determinado tipo de solo cada metal apresenta um potencial diferente, de acordocom a tabela 1.1, conhecida como Série Galvânica Prática.



TABELA 1.1

Série Galvânica Prática

Metal Potencial (volts) (1)Magnésio comercialmente puro –1,75Liga de magnésio (6% Al, 3% Zn, 0,15% Mn) –1,60Zinco –1,10Liga de alumínio (5% Zn) –1,05Alumínio comercialmente puro –0,80Aço (limpo) –0,50 a –0,80Aço enferrujado –0,20 a –0,50Ferro fundido (não grafitizado) –0,50Chumbo –0,50Aço em concreto –0,20Cobre, bronze, latão –0,20Ferro fundido com alto teor de silício –0,20Carbono, grafite, coque +0,30(1) Potenciais típicos normalmente observados em solos neutros e água, medidos em relação ao eletrodo de

Cu/CuSO4. Valores um pouco diferentes podem ser encontrados em diferentes tipos de solos.

A diferença de potencial existente entre dois metais enterrados no solo pode ser medidaconforme mostrado na figura 1.2 e os valores mostrados na Série Galvânica Prática podem serfacilmente conferidos.

Figura 1.2 – Medição da diferença de potencial entre dois metais diferentes, em presença de um eletrólito.

Quando, por exemplo, uma haste de magnésio é enterrada no solo e ligada eletricamente aum tubo de aço também enterrado, a diferença de potencial que existe entre o magnésio e o aço (1,0V, aproximadamente) produzirá um fluxo de corrente entre o magnésio, o solo, o aço e o condutorelétrico, conforme mostrado na figura 1.3.



Figura 1.3 – Formação de uma pilha galvânica.

O sentido convencional da corrente se estabelece sempre a partir do metal de potencial maisnegativo, através do solo, para o metal de potencial menos negativo (o movimento de elétrons seprocessa em sentido inverso), formando assim a chamada pilha de corrosão galvânica. Quando issoacontece, o metal que libera corrente para o solo se corróe, adquirindo comportamente anódico,sendo chamado de anodo e o metal que recebe a corrente do solo fica protegido, adquirindocomportamento catódico, sendo intitulado de catodo da pilha formada. Essa propriedade dos metaisé utilizada para o combate à corrosão de uma estrutura de aço enterrada ou submersa e essa técnicarecebe o nome de proteção catódica, como veremos mais adiante.

A mesma técnica é utilizada há muitos anos, em escala industrial, para a construção depilhas comuns de lanterna, como mostrado na figura 1.4.

Figura 1.4 – Pilha comum de lanterna. A diferença de potencial entre o carbono e o zinco é da ordem de 1,5 V (tabela 1.1).

Com base nesse raciocínio, extremamente simples, concluímos facilmente que devemosevitar, sempre que possível, o contato elétrico entre metais dissimilares, na construção deinstalações industriais, principalmente quando as estruturas metálicas são enterradas ou submersas,conforme pode ser observados pelas figuras 1.5, 1.6, 1.7 e 1.8.



Figura 1.5 – Corrosão da luva galvanizada em benefício do tubo de aço.

Figura 1.6 – Corrosão no tubo de aço devido à ligação elétrica com a válvula de bronze.

Figura 1.7 – Quando uma estrutura de aço enterrada é aterrada com hastes e cabos de cobre ela sofre ataque corrosivo severo.



Figura 1.8 – Corrosão devido à diferença de potencial existente entre um tubo novo e um tubo velho.

A corrosão que se processa em tubos de ferro fundido enterrados ou submersos, chamada decorrosão grafítica, resulta da ação, também, de uma pilha galvânica semelhante às mostradas acima.O ferro se corróe em benefício da grafite existente na matriz fundida, e o tubo mantém sua forma esuas dimensões originais, mas perdendo suas propriedades mecânicas, já que só restará a massa degrafite.

1.2.2 Heterogeneidades do Aço

Os aços, largamente utilizados em instalações enterradas e submersas, não são homogêneos,possuindo inclusões não metálicas, variações de composição química e tensões internas diferentesresultantes dos processos de conformação e de soldagem. Essas variações fazem com que assuperfícies do aço se comportem como se fossem constituídas de materiais metálicos diferentes. Aspilhas de corrosão, formadas ao longo da superfície do aço, tanto podem ser microscópicas comomacroscópicas e a intensidade do processo corrosivo dependerá, como no caso anterior, damagnitude da diferença de potencial que se estabelece nas pilhas formadas. O ataque corrosivo podeser generalizado, porém nunca uniforme e a superfície corroída apresenta irregularidades comaspecto rugoso, resultante da alternância das áreas anódicas e catódicas, sendo comum incidir emzonas preferenciais, com o desenvolvimento de alvéolos mais profundos, podendo perfurar a paredemetálica.

Foto 1.2 – Corrosão em uma estrutura metálica.



Figura 1.9 – Pilhas de corrosão devido à não uniformidade do aço. A corrosão ocorre nos pontos de potencial maisnegativos, onde a corrente abandona o tubo e penetra no solo.

1.2.3 Heterogeneidades do Solo

Os solos possuem heterogeneidades que, em conjunto com as heterogeneidades do aço,agravam os problemas de corrosão, uma vez que tais variações (resistividade elétrica, grau deaeração, composição química, grau de umidade e outras) dão origem, também, a pilhas de corrosãonas superfícies dos materiais neles enterrados.

As variações da resistividade elétrica do solo, sempre presentes ao longo das instalaçõesenterradas, são as que produzem as mais severas pilhas de corosão naquelas estruturas (figura 1.10).

Figura 1.10 – Pilha causada pela variação da resistividade elétrica do solo.

A resistividade elétrica do solo ou da água é um dos fatores mais importantes no processocorrosivo dos metais enterrados ou submersos, sendo que, quanto mais baixo o seu valor, maisfacilmente funcionam as pilhas de corrosão e mais severo é o processo corrosivo.



Foto 1.3 – Corrosão em permutador de calor.

Acontece freqüentemente que, embora uma tubulação seja construída ao longo de uma faixade alta resistividade elétrica (que nos levaria, inadvertidamente, em pensar na ocorrência decorrosão suave), ela atravessa alguns locais de resistividade elétrica mais baixa, sendo entãoseveramente corroída devido ao aparecimento das chamadas macro-pilhas de corrosão, onde ostrechos em contato com os solos de mais baixa resistividade funcionam como áreas anódicasseveras, corroendo-se em benefício dos trechos em contato com as resistividades mais altasconforme mostrado na figura 1.11.

Figura 1.11 – Macro-pilhas de corrosão causadas pelas variações das resistividades elétricas do solo.

Outro aspecto que contribui para o agravamento da corrosão das tubulações enterradas,principalmente as de grande diâmetro, é o fato de haver variações no grau de aeração dos solos,conforme pode ser visto na figura 1.12.

A pilha formada nesses casos recebe o nome de pilha de aeração diferencial, com corosãoacentuada nas regiões mais pobres em oxigênio, que se comportam como áreas anódicas, embenefício das regiões mais aeradas.



Figura 1.12 – Pilha de aeração diferencial.

1.2.4 Corrosão Eletrolítica

A corrosão eletrolítica é um problema extremamente grave que, acelerando os processosacima citados, afligem as companhias proprietárias de tubulações metálicas enterradas ousubmersas.Esse tipo de corrosão é conseqüência da existência de correntes elétricas estranhas (correntecontínua) no solo em que passa a tubulação. Essas correntes, cuja existência independe de quaisquerdissimilaridades dos materiais metálicos, dos solos ou das águas, podem ser oriundas de váriasfontes, sendo as mais danosas e comuns, na prática, as provenientes das ferrovias eletrificadas emcorrente contínua.Nesses casos, a parte da tubulação que é corroída (figura 1.13) funciona como anodo ativo de umacuba eletrolítica, rigorosamente de acordo com a Lei de Faraday da Eletrólise, onde o peso teóricodo material metálico destruído é proporcional à intensidade de corrente (ampéres), ao tempo dedescarga para o solo (segundos) e ao Equivalente eletroquímico do metal em causa(gramas/Coulomb). A tabela 1.2 apresenta as perdas de peso para os materiais metálicos de usomais comum.

Figura 1.13 – Pilha de corrosão eletrolítica causada por estradas de ferro eletrificadas.



TABELA 1.2

Perda de Peso Mínima de um Material Metálico, quando Sujeito à Corrosão Eletrolítica

Metal Perda de pesoFe 9,1 kg/A . anoCu 10,4 kg/A . anoPb 33,8 kg/A . anoAl 2,9 kg/A . ano

A corrosão, nessas circunstâncias, é extremamente severa, bastando lembrar-se que, para ocaso das tubulações de aço revestidas, as fugas de corrente para o solo se processam em pontosconcentrados nas falhas do revestimento, podendo ocasionar furos na tubulação até mesmo empoucos dias, dependendo do caso, com a perda de poucos gramas do metal.

1.3 CORROSÃO POR BACTÉRIAS

A corrosão por bactérias ou corrosão microbiológica em instalações enterradas, menosfreqüentemente de ser encontrada na prática, resulta, de um modo geral, da ação de certos tipos debactérias, em especial as redutoras de sulfatos. A corrosão por bactérias pode ser facilmenteeliminada com a utilização dos sistemas de proteção catódica, convenientemente ajustados.

1.4 MÉTODOS DE PROTEÇÃO CONTRA A CORROSÃO

Todos os processos corrosivos acima citados podem ser eliminados com relativa facilidade ebaixo custo mediante a utilização de um revestimento protetor convenientemente escolhido,complementado por um sistema de proteção catódica que, para o caso de existência de correntes defuga de estradas de ferro eletrificadas, precisa ser utilizado por um sistema eficiente de drenagemdas correntes tubo/trilho (interligações elétricas, através de diodos adequadamente dimensionados einstalados entre a tubulação enterrada e os trilhos da estrada de ferro).

1.4.1 Revestimentos Protetores

A escolha do revestimento a ser utilizado é função, entre outras variáveius, das condições domeio onde a instalação será construída. Os revestimentos betuminosos, aplicados a quente, vêmsendo utilizados há muitos anos para a proteção de tubulações, apresentando grande eficiência.Mais recentemente estão sendo usados, também, revestimentos por meio de fitas adesivas.O revestimento possui a finalidade específica de formar uma barreira protetora, isolante, entre ometal e o solo ou água, impedind, com isso, o funcionamento das pilhas de corrosão. Desde que ascorrentes de corrosão sejam impedidas de circular através do solo, a corrosão cessa totalmente.Acontece, porém, que mesmo os revestimentos de boa qualidade, bem especificados e aplicadoscom o máximo rigor, mediante preparo adequado da superfície, aplicação de primer conveniente,inspeção com holiday detector e reparos, possuem falhas, devido à porosidade normal dos materiaisutilizados e aos danos decorrentes do transporte, manuseio e instalação, sem falar nas uniõessoldadas, que são revestidas, muitas vezes precariamente, por meio de processo manual. Alémdisso, as variações das condições do solo contribuem para o envelhecimento da camada isolante,com o passar do tempo diminuindo progressivamente sua eficiência. Sempre acontece que umrevestimento com excelente eficiência imediatamente após a construção da obra fica sujeito a váriasfalhas em tempo relativamente curto. As correntes de corrosão fluindo através dessas falhas,normalmente em pontos concentrados, contribuem para corrosão localizada, podendo furar a paredemetálica. No capítulo 9 estão descritos os principais tipos de revestimentos normalmente utilizadospara as instalações metálicas enterradas ou submersas, de um modo geral.

1.4.2 Proteção Catódica

O único método seguro e econômico para a proteção contra a corrosão de instalaçõesmetálicas enterradas ou submersas, consiste no uso de um revestimento adequado, com aspreocupações normais de aplicação e inspeção, complementado pela proteção catódica.



A correta aplicação de um sistema de proteção catódica equivale à obtenção de umrevestimento perfeito, ou seja, totalmente isento de falhas, sendo que os revestimentos e a proteçãocatódica estão intimamente ligados. Quanto melhor o revestimento, mais baixo o custo da proteçãocatódica e quanto pior o revestimento, maior será a quantidade de corrente necessária para protegeros tubos.

No capítulo seguinte são descritos os princípios básicos e os métodos de aplicação dossistemas de proteção catódica, incluindo considerações a respeito do seu custo.



CAPÍTULO 2Proteção Catódica: Princípios Básicos e Métodos de Aplicação

2.1 INTRODUÇÃO

Com o desenvolvimento industrial que atravessa o Brasil, a utilização de instalaçõesmetálicas enterradas ou submersas, tais como oleodutos, gasodutos, adutoras, redes de incêndio,tubulações industriais enterradas, minerodutos, navios, emissários submarinos, plataformas depetróleo, piers de atracação de navios, tanques de armazenamento e muitas outras, tem sido cadavez mais freqüente. Em conseqüência, os problemas de corrosão aumentam em grandes proporções,obrigando ao desenvolvimento e ao aperfeiçoamento de novas técnicas para o seu combate econtrole, tais como a aplicação de novos processos metalúrgicos, o uso de revestimentos protetorese o emprego de proteção catódica, já agora bastante conhecidas e difundidas entre nós.

Esse capítulo trata da aplicação da técnica de proteção catódica, considerando desde osprincípios envolvidos até os métodos utilizados para o seu emprego eficiente.

A proteção catódica não é uma técnica recente, sendo utilizada há muitos anos nos paísesmais desenvolvidos, depois de ter sido experimentada pela primeira vez, na Inglaterra, em 1824, porSir Humphrey Davy, para retardar a corrosão das chapas de cobre que revestiam os cascos demadeira dos navios, mediante a fixação, naquelas estruturas, de pequenos pedaços de outrosmateriais como o ferro, o estanho e o zinco.

No Brasil, o início efetivo de sua utilização se deu por volta de 1964, com a construção doOleoduto Rio–Belo Horizonte (ORBEL), da Petrobras. Mais recentemente, graças à aplicaçãoeficiente das técnicas de proteção catódica, as companhias de águas, de mineração, de energiaelétrica, de distribuição de gás, petróleo e derivados, as petroquímicas e indústrias, de um modogeral, têm encontrado maior facilidade para resolver os problemas de corrosão causados pelo solo,pela água ou por corrente de fuga, que aparecem com freqüência em suas instalações metálicassubterrâneas ou submersas.

Mais recentemente, também as armaduras de aço das obras de concreto armado estão sendoprotegidas catodicamente, com bastante sucesso, conforme apresentado com detalhes no capítulo21.O emprego da proteção catódica no Brasil já se encontra bastante disseminado, sendo que todos osmateriais e equipamentos utilizados para a construção dos sistemas de proteção estão sendo aquifabricados, dentro das técnicas mais atualizadas.

2.2 PRINCÍPIOS BÁSICOS

Quando uma instalação metálica encontra-se enterrada ou submersa, conforme mostrado nocapítulo anterior, existe sempre um fluxo de corrente, através do eletrólito, desde a área anódica atéa área catódica, sendo que o retorno da corrente se processa por intermédio do circuito externo, queno caso das tubulações enterradas é constituídos pelos próprios tubos. Quando a corrente deixa oanodo ou área anódica e penetra no eletrólito, produz uma reação eletroquímica na sua superfície.Essa reação envolve íons positivos do metal nas áreas anódicas e os íons negativos existentes noeletrólito, resultando, como produto de corrosão, no composto do metal. A corrente migra atravésdo eletrólito e penetra na área catódica, sendo que nessa região os íons positivos provenientes dasolução são liberados, geralmente sob a forma de hidrogênio atômico. Freqüentemente há odesprendimento de hidrogênio gasoso, podendo, ainda, através de reações secndárias, haver aformação de outros composto tais como hidroxilas, carbonatos e cloretos. Assim sendo, nas áreascatódicas as reações não se processam com o material metálico e, sim, c om o eletrólito, razão pelaqual existe ausência de corrosão. A formação de hidrogênio e outros compostos sobre a superfíciedo catodo é conhecida com o nome de “polarizçaão catódica”, fenômeno que tende a reduzir aatividade da pilha de corrosão. Entretanto, agentes despolarizantes, tais como o oxigênio,



combinam-se com o hidrogênio, formando íons hidroxila ou água, o que mantém a atividade daspilhas de corrosão.

As reações típicas que ocorrem, para o caso do aço, são as seguintes:

Reação que ocorre com o metalFe → Fe++ + 2e

Reações que podem ocorrer no meio

• Meio neutro não-aerado2H2O + 2e → H2 + 20 H–

• Meio ácido não-aerado2H+ + 2e → H2

• Meio ácido aerado2H+ + ½ O2 + 2e → H2O

• Meio neutro aeradoH2O + 1/2 O2 + 2e → 2 OH–

Evolução das Reações em Meio Aerado até a Formação da FerrugemFe++ + 20H– → Fe(OH)2

2Fe (OH)2 + H2O + ½ O2 → 2 Fe (OH)3

)ferrugem(OHOFeouOHFeQ2)OH(Fe2 232OH2–

32 ⋅⋅ →

Em função dessas considerações, fica fácil concluir que, se conseguirmos fazer com quetoda a superfície de uma instalação metálica, enterrada ou submersa, adquira comportamentocatódico, a estrutura não sofrerá ataque corrosivo, ficando completamente protegida pela ação da“proteção catódica”. Isso pode ser conseguido provendo-se a estrutura de um fluxo de corrente deproteção, proveniente de uma fonte externa, com uma intensidade tal que seja capaz de anular ascorrentes de corrosão das diversas pilhas existentes na superfície metálica.

Quando a estrutura ficar totalmente polarizada, a corrosão cessará. Na realidade, a corrosãonão é eliminada mas, sim, transferida para um material metálico de custo baixo que é usado comoanodo, enquando a valiosa instalação metálica, que pode ser uma tubulação, um casco de navio,uma estaca cravada no mar, uma plataforma de petróleo, a base de um tanque de armazenamento,ou a armadura de aço de uma obra de concreto, fica protegida.

Para melhor entender o fenômeno da proteção catódica, examinemos a equação fundamentalda corrosão, mostrada abaixo:

R

Ec–EaI =

onde:I = corrente de corrosão, que flui do anodo para o catodo (ampéres);Ea – Ec = diferença de potencial entre o anodo e o catodo (volts);R = soma da resistência de saída da corrente do anodo para o eletrólito, com a

resistência de entrada da corrente do eletrólito para o catodo (ohm).

Pela equação, verificamos que quando existe a diferença de potencial “Ea – Ec” sobre asuperfície de uma estrutura enterrada e quando a resistência “R” possui um valor finito, a corrente



de corrosão “I” flui, com o aparecimento do processo corrosivo, na área anódica. Protegercatodicamente a estrutura significa evitar que a corrente continue fluindo, fazendo com que adiferença de potencial entre as áreas anódica e catódica seja nula.

Outra maneira de anular-se a corrente de corrosão, como é fácil concluir, consiste emaumentar infinitamente o valor da resistência “R”, o que pode ser conseguido mediante a aplicaçãode um revestimento “perfeito” sobre a superfície da estrutura, solução não utilizada na prática, umavez que tal revestimento é economicamente inviável. Para a proteção da estrutura com a máximaeconomia são usados, com muita freqüência, os esquemas mistos de proteção anticorrosiva,utilizando-se um revestimento de custo vantajoso, com boas qualidades isolantes, complementadocom a instalação de um sistema de proteção catódica, de custo bastante baixo, já que a corrente deproteção a ser aplicada, agora, pode ser de intensidade muito inferior.Raciocinando de outra maneira, podemos dizer que a proteção catódica consiste em tornar positivoo potencial do solo ou água que envolve a estrutura metálica que desejamos proteger, de tal maneiraque as correntes de corrosão não possam mais abandonar, diretamente para o solo, a superfície dometal.

Foto 2.1 – Furo, causado por corrosão, de uma tubulação de aço enterrada revestida, porém sem proteção catódica.

2.3 MÉTODOS DE APLICAÇÃO DA PROTEÇÃO CATÓDICA

Existem dois métodos para a aplicação de um sistema de proteção catódica: o métodogalvânico, ou por anoidos de sacrifício, e o método por corrente impressa. Em qualquer dos doisexiste um suprimenro de corrente contínua em quantidade tal que, penetrando, por exemplo, emuma tubulação enterrada, é suficiente para eliminar as pilhas de corrosão normalmente nelaexistentes. A escolha, na prática, do método a ser utilizado, depende da análise de váriasconsiderações técnicas e econômicas, sendo que cada qual tem suas vantagens e desvantagens.



2.4 PROTEÇÃO CATÓDICA COM ANODOS GALVÂNICOS

Os anodos galvânicos, ou anodos de sacrifício, são normalmente os escolhidos quando seprecisa de pouca quantidade de corrente para proteger a estrutura (revestimento de boa qualidade eestruturas de pequenas dimensões) e quando o solo possui baixa resistividade elétrica. As principaisvantatgens da utilização de anodos galvânicos para proteger, por exemplo, um oleoduto enterrado,são as seguintes:

– não requer suprimento de corrente alternada no local;– os custos de manutenção, após o sistema instalado, são mínimos;– raramente aparecerão poblemas de interferência com outras instalações metálicas enterradas;– os custos de instalação são baixos.

Por outro lado, as desvantagens são as seguintes:– a quantidade de corrente fornecida à estrutura é limitada pela diferença de potencial,

bastante baixa, entre os anodos e a tubulação;– a proteção ficará muito mais difícil se as resistividades elétricas do solo no local não forem

suficientemente baixas (no máximo 6.000 ohm.cm);– se o revestimento dos tubos não for muito bom, ou se o oleoduto tiver grande diâmetro e

grande comprimento, a proteção com anodos galvânicos ficará muito cara, devido à grandequantidade de anodos a ser utilizada;

– se a tubulação estiver influenciada por correntes de fuga, provenientes, por exemplo, de umaestrada de ferro eletrificada, dificilmente os anodos galvânicos serão eficientes.

Quando um anodo galvânico é ligado a uma estrutura metálica enterrada, suge uma pilhagalvânica, conforme mostrado na figura 2.1.

Figura 2.1 – Proteção catódica com anodo galvânico.

O anodo galvânico é constituído de um metal eletronegativo em relação à estrutura e,quando ligado a ela, dentro de um eletrólito como o solo ou a água, adquire comportamentoanódico, liberando a corrente de proteção.



A corrente emitida pelo anodo penetra na tubulação através do solo ou da água, bloqueia ascorrentes de corrosão e retorna ao seu ponto inicial, fechando o circuito por intermédio do fio decobre.Para a utilização em solos, o magnésio e o zinco são bastante eficientes, sendo que para a água domar o zinco e, mais recentemente, o alumínio, são os melhores anodos. Esses metais, utilizados emligas apropriadas, são eletronegativos em relação ao aço, podendo protegê-lo com facilidade.

Os anodos galvânicos são geralmente enterrados envoltos em uma mistura de gesso,bentonita e sulfato de sódio, que é utilizada como enchimento condutor. Esse enchimento permite adiminuição da resistividade elétrica anodo/solo, reduz os efeitos da polarização do anodo e distribuiuniformemente o seu desgaste.

As características mais importantes de um anodo galvânico são o seu potencial em circuitoaberto (potencial medido em relação ao solo, utilizando um eletrodo de referência), a suacapacidade de corrente (expressa normalmente em A . hora-kg) e sua eficiência (expressa em %),conforme mostrado no capítulo 6.

Quando se dimensiona um sistema de proteção catódica com anodos de sacrifício, uma dasprimeiras preocupações do projetista é o cálculo de sua vida, uma vez que em função dela serãoconsiderados os aspectos econômicos para a decisão sobre a sua utilização. A vida dos anodosgalvânicos é propocional ao peso, à capacidade de corrente dos anodos utilizados e inversamenteproporcionalmente ao peso, à capacidade de corrente dos anodos utilizados e inversamenteproporcional à corrente liberada, sendo que o resultado precisa ser multiplicado pelo fator deutilização, normalmente em torno de 85%, uma vez que, na medida em que o anodo se consome, acorrente liberada diminui, devido à redução das suas dimensões.

Os anodos galvânicos podem ser instalados isoladamente ou em grupos que recebem o nomede “camas” ou “leitos”. Assim sendo, outra preocupação do projetista é determinar a quantidade decorrente que um leito de anodos poderá liberar para a proteção da estrutura. Os principais fatoresque influenciam essa determinação são as dimensões e condições do revestimento da estrutura a serprotegida, a profundidade em que eles são enterrados, o número e espaçamento dos anodosutilizados, o potencial da estrutura em relação ao solo e a composição química do metal empregado,sendo esta última fundamental, inclusive para o desempenho do anodo. As composições químicasdos anodos precisam ser controladas com rigor, mediante especificações existentes, sob pena dosistema projetado falhar totalmente se forem adquiridos e utilizados anodos com composiçãoquímica for a de determinados limites para alguns elementos importantes. Esse aspecto nos leva ànecessidade de escolher com rigor o fabricante do material a ser utilizado.

Para exemplificar a utilizados dos anodos galvânicos, podemos indicar, em função de nossaexperiência com a proteção de diversas estruturas enterradas, que uma tubulação de aço comdiâmetro de 8” e comprimento de 5 km, com revestimento convencional bem aplicado, à base depiche de carvão, enterrada em solo com resistividade média em torno de 1.200 ohm.cm, pode sertotalmente protegida contra a corrosão, por um período mínimo de 20 anos, mediante a instalaçãode apenas 20 anodos convencionais de magnésio, convenientemente localizados em relação aostubos.

Com relação à escolha do tip de anodo a ser utilizado, precisamos analisar tanto o aspectotécnico quanto o econômico. De um modo geral, dependendo da flutuação do mercado, o custo porquilo do magnésio é maior que o custo por quilo do zinco. Por outro lado, o anodo de magnésio, porter o seu potencial em circuito aberto mais alto, possui a propriedade de liberar mais corrente,podendo ser usado em solos com resistividade elétrica um pouco mais alta. Como indicação geral,podemos dizer que os anodos de zinco são mais econômicos quando utilizados em solos comresistividade elétrica abaixo de 1.000 ohm.cm. Como as resistividades elétricas que temosencontrado, na maioria das regiões onde realizamos medições de campo, raramente se situamabaixo desse valor, podemos adiantar que, para instalações terrestres, os anodos de magnésio sãomuito mais utilizados que os de zinco. Os anodos de zinco possuem maior aplicação na proteçãocatódica de estruturas de aço mergulhadas em água do mar. Outra aplicação dos anodos de zinco,nos últimos anos, tem sido no aterramento elétrico de equipamentos, tais como torres de linhas de



transmissão elétrica e tanques de aramazenamento, em substitução às tradicionais malhas e hastesde cobre. Os anodos galvânicos, nesse caso, além de proporcionarem bom aterramento, eliminam apilha de corrosão aço/cobre antes existente e fornecem proteção catódica às estruturas enterradas.

Os anodos de alumínio estão sendo muito usados nos últimos anos, sendo que os resultadostêm sido excelentes, melhoes, inclusive, que os anodos de zinco, na proteção de estruturas de aço nomar, como, por exemplo, nas plataformas de petróleo, conforme mostrado no capítulo 19.

2.5 PROTEÇÃO CATÓDICA POR CORRENTE IMPRESSA

O outro método de aplicação de proteção catódica em uma instalação metálica enterrada ousubmersa utiliza uma fonte externa de força eletromotriz, sendo, por isso mesmo, denominado demétodo por corrente impressa. As fontes externas de força eletromotriz, largamente utilizadas naprática, são os retificadores, equipamentos extremamente simples que, alimentados por intermédiode um circuito de corrente alternada, fornecem a quantidade de corrente contínua necessária para aeliminação das pilhas de corrosão existentes na superfície metálica que se deseja proteger.Além dos retificadores de corrente, podem também ser utilizados, como fontes de f.e.m., emboramenos comuns, as unidades geradoras alimentadas a gás, os geradores termoelétricos, os geradoresmovidos a vento, ou outro tipo qualquer de equipamento capaz de fornecer a corrente contínuanecessária ao sistema de proteção catódica.

Foto 2.2 – Anodos galvânicos de alumínio para a proteção de plataformas de petróleo.

Nesse capítulo consideraremos apenas os retificadores, uma vez que, no mundo inteiro, elesconstituem a grande maioria dentre as fontes de força eletromotriz utilizadas para a aplicação daproteção catódica por corrente impressa.

Em conjunto com os retificadores, o método por corrente impressa utiliza anodos, tantoquanto possível inertes no solo ou na água.



As vantagens para a apliação do método por corrente impressa são:– possibilidade de fornecer maiores quantidades de corrente às estruturas;– possibilidade de controlar as quantidades de corrente fornecidas;– possibilidade de ser aplicado em qualquer eletrólito, mesmo naqueles de elevada

resistividade elétrica;– possibilidade de ser aplicado, com eficácia, para a proteção de estruturas nuas ou

pobremente revestidas;– possibilidade de ser aplicado, com economia, para a proteção de instalações metálicas de

grande porte.

Figura 2.2 – Proteção catódica por corrente impressa.

As desvantagens para a utilização desse método são a necessidade de manutenção periódica,ainda que de fácil realização, o dispêndio com a energia elétrica consumida, embora de poucamonta, e a possibilidade de criar problemas de interferência com outras estruturas metálicasenterradas nas proximidades, o que pode ser evitado com facilidade.

No sistema por corrente impressa, uma pilha eletrolítica é gerada, na qual fazemos com quea estrutura a ser protegida funcione como catodo e a cama de anodos utilizada libere corrente para osolo. Os anodos utilizados na prática são construídos de grafite ou de ligas metálicas, como as deferro e silício, e as de chumbo, antimônio e prata, sendo que as hastes de titânio ou nióbio comrevestimento muito fino de platina ou de óxidos especiais, são também utilizadas. Nos últimos anosforam desenvolvidos anodos não metálicos, à base de polímeros especiais. Para os diversos tipos ecaracterísticas dos anodos inertes, consultar a tabela 6.2, do capítulo 6.

Construídos de materiais apropriados, os anodos, ao liberarem corrente para o solo emdireção à estrutura que se encontra ligada ao negativo do retificador, sofrem desgaste suave, quedepende do material utilizado e da densidade de corrente (a/m2) aplicada nas suas superfícies,conforme mostrado no capítulo 6.

A grande vantagem desse método é a possibilidade de poder-se regular, com extremafacilidade, em função das medições dos potenciais estrutura/solo, a corrente de proteção liberadapelos anodos, mediante ajuste nos taps de saída do retificador.



Foto 2.3 – Anodo inerte de ferro-silício.

O retificador constitui-se, basicamente, de um transformador que abaixa a tensão dealimentação para o valor desejado no circuito de proteção catódica, de uma coluna retificadora, quepode ser construída com placas de selênio ou com diodos de silício, de instrumentos para asmedições das voltagens e das correntes de saída, de um horímetro, de dispositivos convencionais deproteção elétrica, como pára-raios, fusíveis e disjuntores, além de taps, para a regulagem da tensãode saída em corrente contínua.

Os anodos são instalados na posição vertical ou horizontal, sendo comum o uso deenchimento condutor de coque metalúrgico moído. Quando o coque é convenientementecompactado em torno do anodo, obtém-se menor resistência de saída da corrente para o solo, alémda diminuição do consumo do anodo, uma vez que boa parte da corrente é descarregada porintermédio do coque metalúrgico.Para o dimensionamento criterioso de um sistema de proteção catódica, torna-se necessário umlevantamento de campo no local, onde precisam ser realizados testes, medições, inspeção visual eanotações a respeito das condições encontradas. Mediante a análise criteriosa dos dados assimobtidos, o projetista de proteção catódica possui condições de determoinar a quantidade total decorrente a ser instalada, o uso de anodos galvânicos ou de retificadores, o número, tipo, dimensões,profundidade e espaçamento dos anodos a serem utilizados e todas as outras variáveis envolvidas.



Foto 2.4 – Retificador de corrente para proteção catódica.

2.6 CORRENTE NECESSÁRIA PARA PROTEÇÃO CATÓDICA

A corrente necessária para proteção catódica dependente fundamentalmente de vários fatores:– área a proteger e condições do revestimento;– resistividade elétrica do solo;– dificuldades de polarização da estrutura;– forma geométrica da estrutura.

Devido às grandes variações existentes nos fatores acima relacionados, seja de uma estruturapara outra ou numa mesma estrutura, podemos afirmar que a única maneira de se avaliar, comprecisão, a corrente necessária para a proteção, é por intermédio do “teste de corrente”, no campo.Por outro lado, em muitos casos existem vantagens técnicas e econômicas que ditam a necessidadede se projetar o sistema de proteção catódica antes mesmo da obra ter sido construída.Nessas circunstâncias recorremos, então, à experiência adquirida em casos semelhantes e a valoresdisponíveis na literatura especializada.

Alguns autores, por exemplo, citam valores de densidade de corrente variando de 3 a 60mA/m2 de superfície nua para tubulações enterradas. Em solos de alta resistividade elétrica, essavariação pode ser considerada de 3 a 10 mA/m2 e de 10 a 60 mA/m2 para o caso de solos de baixaresistividade elétrica. Para água do mar, dependendo das condições podem ser usadas densidades decorrente de até 600 mA/m2.

No capítulo 5 o leitor encontrará maiores informações sobre o assunto.



2.7 CRITÉRIOS DE PROTEÇÃO CATÓDICA

Após ligado o sistema de proteção catódica, torna-se necessário verificar se a estruturametálica ficou realmente protegida contra a corrosão.Embora existam outros critérios para permitir tal verificação, o procedimento normalmente adotadoconsiste em medir os potenciais em relação ao eletrólito, em vários pontos da estrutura, após osistema de proteção catódica ser colocado em funcionamento.

As medições dos potenciais estrutura/eletrólito são feitas com o auxílio de um voltímetroapropriado, com alta resistência interna (igual ou maior que 100.000 ohm/volt), tendo o seuterminal negativo ligado na estrutura a ser testada e o seu terminal positivo ligado a um eletrodo oumeia-célula de referência, que é colocado em contato com o eletrólito (figura 2.3).

Figura 2.3 – Medição do potencial tubo/solo de uma tubulação enterrada.

Os eletrodos de referência mais utilizados são os seguintes:– instalações enterradas ou embutidas no concreto: Cu/CuSO4 (cobre/sulfato de cobre) ou

eletrodo de zinco, com composição igual à dos anodos;– instalações submersas: Ag/AgCl (prata/cloreto de prata) ou eletrodo de zinco, com

composição igual à dos anodos;– experiências em laboratório: eletrodo de calomelano saturado (ECS).

Para o aço, enterrado ou submerso, os valores limites dos potenciais que devem serencontrados em todos os pontos medidos da estrutura metálica protegida catodicamente são osseguintes:– usando o eletrodo de Cu/CuSO4: potenciais iguais ou mais negativos que –0,85V;– usando o eletrodo de Ag/AgCl: potenciais iguais ou mais negativos que – 0,80V;– usando o eletrodo de calomelano saturado (ECS): potenciais iguais ou mais negativos que –

0,78V;– usando o eletrodo de zinco: potenciais iguais ou menos positivos qie +0,25V.

Outro critério também utilizado consiste em promover, mediante a injeção da corrente deproteção catódica, uma elevação mínima de 0,30V (em alguns casos 0,25 V é suficiente), no camponegativo, no potencial natural (potencial medido antes da ligação do sistema de proteção catódica)da estrutura. Esse critério é válido qualquer que seja o eletrodo de referência usado.

Para o aço embutido no concreto, o critério de proteção utilizado é um pouco diferente,conforme mostrado com detalhes no capítulo 21.



Para os metais e ligas, que não o aço, os potenciais mínimos de proteção são outros,dependendo do potencial natural de cada um.Quando não se sabe qual o potencial de proteção de determinada liga ou material metálico, umcritério seguro para protegê-lo consiste em elevar seu potencial no campo negativo em 0,30V, sendoque, para os materiais anfóteros (chumbo, zinco, alumínio e estanho), basta que essa variação sejade 0,15V.

Esses metais não podem ser polarizados com potenciais mais negativos que –1,2V, poissofrem corrosão severa, chamada de corrosão catódica, devido aos valores altos de pHdesenvolvidos, tornando o meio muito alcalino.

2.8 MANUTENÇÃO DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA

De uma maneira geral, acredita-se que sistemas de proteção catódica, principalmente quandopor anodos galvânicos, não necessitam de manutenção. Essa crença é destituída de fundamento, devez que a proteção catódica das estruturas depende do funcionamento permanente do sistemainstalado.

Logicamente, a interrupção no sistema de proteção não provoca, a curto prazo, prejuízos demonta, tais como “lucros cessantes”. Entretanto, se as paralisações forem constantes, a médio e alongo prazo pode-se contar com prejuízos dessa natureza.

Além dos prejuízos materiais pode-se também esperar perdas de vidas humanas e, nos casosde companhias concessionárias de serviços públicos, descrédito perante os usuários. Promover a instalação de um sistema de proteção catódica sem cuidar de sua manutenção édesperdícios de recursos.

Qualquer que seja o sistema instalado, proteção catódica por anodos galvânicos ou porcorrente impressa, deve-se estabelecer um programa de acompanhamento que possibilite os ajustesnecessários em temo útil, conforme pode ser visto no capítulo 8.

2.9 CUSTO DA PROTEÇÃO CATÓDICA

O custo total de um sistema de proteção catódica não pode ser calculado previamente comprecisão. Isso é facilmente compreensível, uma vez conhecidos os componentes desse custo, quesão:– custo do levantamento de dados de campo;– custo do projeto;– custo dos materiais;– custo da instalação;– custo da manutenção.

O custo do levantamento de dados de campo varia pouco, dependendo das condições deacesso ao traçado da tubulação, bem como da sua extensão.

O custo do projeto também pode ser considerado de pequena variação.Os componentes seguintes, entretanto, acarretam a impossibnilidade da precisão no cálculoantecipado do custo de um sistema de proteção catódica.

Esses componentes dependem basicamente do projeto que, por sua vez, está ligado aosdados obtidos nos levantamentos de campo. Verificamos, então, que uma vez realizado olevantamento de campo, é perfeitamente possível estabelecer-se o custo da proteção catódica.

Os dados que mais influem na composição do custo são:– resistividade elétrica do solo, principalmente dos locais disponíveis para lançamento das

camas de anodos;– qualidade do revestimento empregado;– disponibilidade de corrente alternada para alimentação dos retificadores;



– correntes de interferência na região;– dimensões e tipo da instalação a proteger.

Dispondo desses dados, o engenheiro de proteção catódica pode definir o sistema maisadequado técnica e economicamente para o caso em estudo.

Constata-se, assim, a dificuldade de prever-se com precisão o custo de um sistema deproteção catódica. Entretanto, para fins orçamentários, podemos indicar, com base em nossaexperiência, que esse custo pode variar desde 5% do valor global da obra, para pequenasinstalações, até menos que 1% para as obras de grande porte, valores bastante baixos,principalmente se analisarmos os aspectos relativos à segurança operacional, por tempo ilimitado,que os sistemas de proteção cadótica proporcionam.



CAPÍTULO 3Medições de Campo para a Elaboração de Projetos de Proteção Catódica

3.1 INTRODUÇÃO

A proteção catódica de instalações metálicas enterradas ou submersas constitui-se, emcomplementação aos revestimentos protetores, no único processo economicamente aplicável paracombater o ataque corrosivo, pelo solo ou pela água, de estruturas importantes.

Para o dimensionamento criterioso de um sistema de proteção catódica, o engenheiro decorrosão precisa munir-se de uma série de informações técnicas a respeito da instalação a serprotegida, informações essas que, em conjunto com as medições obtidas no campo, fornecerão osdados fundamentais para a elaboração e sucesso do seu projeto.

3.2 INFORMAÇÕES LEVANTADAS ANTES DOS TRABALHOS DE CAMPO

Essas informações, além de auxiliarem na previsão dos problemas de corrosão esperados,permitem planejar o programa das medições de campo a serem realizadas. As mais importantes sãoas seguintes:– material da estrutura a ser protegida, incluindo suas propriedades;– especificação e propriedades do revestimento utilizado;– histórico de furos ou problemas sérios de corrosão já experimentados, caso a estrutura a

proteger já se encontre em operação;– características dimensionais e geométricas da estrutura;– características dos tubos-camisa existentes nas travessias com estradas de ferro e de

rodagem, dos tipos de uniões utilizados (solda, flange, ponta e bolsa) e localização deramais, para o caso de tubulações;

– número total de estacas, comprimentos enterrados e submersos, detalhes de interligaçãoelétrica e informações detalhadas sobre ciclos de variação de maré da região, para o caso deestacas de piers de atracação;

– tipo de fundação empregado, detalhes de interligação elétrica e previsão ou não de sistemade aterramento elétrico, para o caso de tanques de armazenamento;

– mapas e desenhos detalhados da obra em estudo;– localização de todas as tubulações ou outras instalações metálicas enterradas ou submersas

que cruzem ou se aproximem da estrutura a ser protegida;– presença ou não de sistemas de proteção catódica já existentes para proteção dessas outras

estruturas, incluindo o cadastramento de todas as características e as condições defuncionamento de tais sistemas;

– localização e levantamento cuidadoso das condições de operação das linhas de transmissãoelétrica em alta tensão que sigam em paralelo ou cruzem com as tubulações metálicasenterradas, capazes de causar problemas de indução de corrente;

– localização e levantamento cuidadoso de todas as fontes de corrente contínua existentes nasproximidades, que possam causar qualquer problema de corrosão eletrolítica na estruturametálica;

– localização e características de todas as linhas de corrente alternada existentes na região,possíveis de serem utilizadas para a alimentação dos retificadores do sistema de proteçãocatódica.



3.3 MEDIÇÕES DE CAMPO

Depois de levantadas e analisadas com cuidado as informações anteriores, o engenheiro decorrosão organiza o seu programa de medições de campo, que pode utilizar, de acordo com anecessidade, todas ou algumas das técnicas a serem comentadas. A escolha de cada uma delas, bemcomo dos instrumentos especiais a serem empregados, é ditada pelas características de cadasituação em particular, sendo que a experiência com outros trabalhos semelhantes, já executados,muito auxilia o engenheiro de corrosão na sua tarefa.

3.3.1 Resistividades Elétricas

Um dos fatores que mais influencia a corrosão das instalações metálicas enterradas ousubmersas é a resistividade elétrica do meio onde elas se encontram.

A resistividade elétrica da água e dos solos possui ampla faixa de variação, dependendo daquantidade de sais dissolvidos, das características geológicas e da quantidade da água contida nosolo. Por exemplo, a água do mar, dependendo da região, pode apresentar valores desde 20 até 100ohm.cm, sendo que o mais comum se situa em torno de 40 ohm.cm. Para o solo, já medimosresistividades elétricas que variaram desde 200 até 2.000.000 ohm.cm. Como indicação geral,podemos dizer que, na cidade de São Paulo, as resistivades elétricas situam-se, normalmente, acimade 15.000 ohm.cm, enquanto que no Rio de Janeiro os valores que temos medido são bastantebaixos, geralmente menores de 5.000 ohm.cm.

Existem vários métodos satisfatórios para a medição das resistividades elétricas de águas ede solos. Entretanto, o mais prático e mais utilizado no campo da proteção catódica, usadoprincipalmente para solos, é o Método dos Quatro Pinos, também chamado Método de Wenner.

Para medições da resistividade elétrica da água, de amostras de solos ou de outrassubstâncias, o acessório utilizado com freqüência é o Soil Box, uma pequena caixa dom duasparedes opostas metálicas, onde a resistência e, conseqüentemente, a resistividade elétrica domaterial, é determinada com boa precisão.

Foto 3.1 – Medição da resistividade elétrica do solo.



Com os valores obtidos nas medições das resistividades elétricas ao longo, por exemplo, deum gasoduto enterrado, podemos construir o perfil de resistividades do solo, normalmente emquatro profundidades diferentes (1,5 m, 3,0 m, 4,5 m e 6,0 m), fundamental para a avaliação dascondições de corrosão externa da tubulação metálica. As medidas das resistividades elétricas sãoainda bastante valiosas para a escolha dos melhores locais para a instalação das camadas de anodosdo sistema de proteção catódica destinado à proteção da estrutura, uma vez que, para ofuncionamento econômico dos retificadores de correntes ou dos anodos galvânicos, são necessárioscircuitos de baixa resistência elétrica. Por outro lado, o estudo das influências das linhas detransmissão de corrente alternada em alta tensão, sobre as tubulações metálicas enterradas, dependefundamentalmente da resistividade elétrica do solo.

3.3.2 Potenciais Estrutura/Eletrólito

Os potenciais estrutura/eletrólito significam o potencial elétrico existente entre a estruturametálica e o meio que a envolve. A medição desse potencial é feita, no campo, por intermédio deum voltímetro com alta resistência interna (100.000 ohm/volt, no mínimo), de tal maneira que oterminal negativo seja ligado à estrutura metálica que se deseja testar e o terminal positivo a umeletrodo de referência, normalmente uma meia-célula de cobre/sulfato de cobre (para solos) eprata/cloreto de prata (para água do mar), colocado em contato com o meio. O voltímetro utilizadoprecisa ter alta resistência interna para que as leituras sejam pouco influenciadas pela resistênciaexterna do circuito elétrico estabelecido (meia-célula/solo/estrutura), o que resulta em boa precisãona medição.

As medidas dos potenciais fornecem informações bastante valiosas para o engenheiro decorrosão, incluindo, principalmente, a avaliação das condições de corrosividade do solo ou da água,a localização dos chamados hot spots (pontos de corrosão severa) para o caso das estruturas nuas, alocalização de áreas sujeitas à corrosão eletrolítica causada por corrente de fuga e as condições decorrosão ou de proteção catódica de qualquer estrutura metálica testada.

Como indicação geral, com base em nossa experiência em tubulações enterradas,verificamos que os valores dos potenciais tubo/solo, medidos com relação ao eletrodo deCu/CuSO4, variam desde –0,1V até –0,87V, dependendo do revestimento externo dos tubos e dascondições do solo. Valores positivos, ou flutuações nas leituras, são indicação segura da presençade correntes de interferência, sendo comum variações desde +50V até –50V, para o caso detubulações que cruzam ou se aproximam de estradas de ferro eletrificadas.

Potenciais positivos são extremamente nocivos para a estrutura metálica, uma vez quesignificam a existência de descargas de corrente diretamente para o solo, ou seja, que a estruturaencontra-se funcionando como anodo ativo de uma cuba eletrolítica, sofrendo corrosão severa.

Nesse caso, para uma análise criteriosa das condições de eletrólise a que a tubulação estejapoventura submetida, torna-se necessária a realização de vários registros prolongados dos potenciaistubo/solo e trilho/solo, em pontos considerados críticos, mediante a utilização de voltímetrosregistradores apropriados.



Foto 3.2 – Registro do potencial tubo/solo sendo feito no ponto de teste de uma tubulação enterrada.

Outra maneira de se verificar a existência de correntes de fuga consiste na execução do testedos dois eletrodos. Esse teste pode ser feito verificando-se a existência de flutuações na diferença depotencial medida entre dois eletrodos de Cu/CuSO4, instalados no solo e separados por umadistância proximada de 20 m, recomendando-se mais de uma medição em um mesmo ponto, com amodificação das posições dos eletrodos em direções ortogonais. As flutuações dos potenciaisindicam, com segurança, a existência de correntes de fuga no solo e a possibilidade de corrosãoeletrolítica nas tubulações enterradas na região.

O projeto de proteção catódica, em tais circunstâncias, precisa ser definido com extremocuidado, mediante a previsão de dispositivos de drenagem de corrente, para que se obtenha umaproteção eficiente da estrutura.

Foto 3.3 – Medição do potencial tubo/solo de uma tubulação.



3.3.3 Acidez do Solo

Na maioria dos casos, os solos encontrados ao longo de tubulações enterradas possuemcaracterísticas aproximadamente neutras (pH 7). Existem, entretanto, regiões que apresentamcondições anormais, com a existência de solos ácidos ou alcalinos. As condições alcalinas nãoapresentam problema sério de corrosão para as tubulações de aço enterradas, sabendo-se mesmoque uma estrutura de aço mergulhada em uma solução suficientemente cáustica, com pH em tornode 11, pode descarregar corrente diretamente para o meio, sem desgaste acentuado. Além disso,uma das características da proteção catódica é tornar alcalino o meio em contato com a superfíciemetálica protegida. Tais condiçoes, entretanto, são extremamente nocivas para o chumbo, o zinco, oalumínio e o estanho, sendo mesmo impossível a proteção catódica desses metais quandomergulhados em um meio com pH maior que 10.

Por outro lado, a existência de condições ácidas em torno de uma estrutura metálicaenterrada, possui o grande inconveniente de dificultar a sua polarização ao potencial mínimo deproteção catódica (–0,85V em relação à meia-célula de Cu/CuSO4), uma vez que o ácido atua comoagente despolarizante. Isso aumenta consideravelmente a quantidade de corrente necessária paraproteção da estrutura. Assim sendo, nas regiões onde supõe-se possível a existência de condiçõesquímicas anormais, recomenda-se a realização de um levantamento de pH do solo ou da água queenvolva a estrutura metálica em estudo.

Os métodos para a medição do pH são por demais conhecidos, sendo que, para aplicaçõespráticas no campo, podem ser utilizadas as leituras de potenciais entre um eletrodo de Cu/CuSO4 eum eletrodo de antimônio, uma vez que o valor de pH é proporcional à diferença de potencialmedida. Com o auxílio de uma pequena tabela, as leituras de potenciais são convertidas, comaproximação aceitável, ao valor do pH correspondente.

3.3.4 Pesquisa de Corrosão por Bactéria ou Corrosão Microbiológica

Certas bactérias, que podem viver sob condições anaeróbicas (ausência de oxigênio) nasproximidades da supefície de uma tubulação de aço enterrada, possuem a propriedade de reduzirsulfatos, liberando sulfetos e consumindo hidrogênio nesse processo. O consumo de hidrogênio nasuperfície do aço atua como despolarizante das áreas catódicas, o que aumenta a demanda decorrente para a proteção catódica. Já os sulfetos liberados atacam o fero, acelerando a corrosão doaço.

Para a determinação, no campo, da presença de bactérias redutoras de sulfato, utiliza-se ométodo do potencial Redox, que permite a medição do potencial de redução do oxigênio, naprofundidade da tubulação testada, em cada ponto de observação. Esse potencial é medido entreuma lâmina limpa de platina e um eletrodo de referência qualquer, tomando-se o cuidado deconverter o valor encontrado para o valor correspondente do eletrodo padrão de hidrogênio.

O uso do método não é simples, requer algum tempo, cuidados especiais e não é utilizadocom freqüência nos levantamentos de campo. Recomenda-se a sua utilização apenas nos casos emque haja suspeita de que a corrosão por bactéria possa constituir-se em problema grave de corrosão.

3.3.5 Medições de CorrenteAs medições de corrente são viáveis para o caso de tubulações.Se uma tubulação encontra-se sob processo corrosivo, existe um fluxo de corrente ao longo

do seu comprimento, fechando circuito com o solo ou com a água que a envolve, cujo sentido, emalguns pontos, se processa do solo para a tubulação e, em outros, da tubulação para o solo. Essefluxo de corrente aparece em função das pilhas de corrosão (diferenças de potencial) que se formamsobre a estrutura metálica, sendo que, quando essas pilhas são de grandes proporções, a corrente quecircula na tubulação pode ser medida, embora com dificuldade. Por intermédio dessas mediçõespodemos determinar as regiões preferenciais de saída de corrente para o solo, ou seja, as áreasanódicas onde a corrosão se processa na estrutura.



A intensidade de corrente pode ser calculada pela Lei de Ohm, mediante a medição da quedade potencial entre dois pontos suficientemente espaçados (30 a 40 m) da tubulação metálica. Aqueda de potencial pode ser medida com um voltímetro adequado e a resistência do circuito éfunção da resistência por metro linear da tubulação testada.

3.3.6 Testes para a Determinação da Corrente Necessária para Proteção Catódica e dasCondições de Polarização da Estrtutura

Esses testes são realizados mediante a injeção de corrente na estrutura a ser estudada, comauxílio de uma fonte de corrente contínua (bateria, máquina de solda, retificador de corrente) e umacama de anodos provisória (sucata de aço). Mediante a medição dos potenciais da estrutura emrelação ao solo ou à água, a quantidade de corrente injetada pode ser gradativamente aumentada atéque parte da estrutura alcance o potencial de proteção catódica. Os valores da corrente injetada e daárea protegida temporariamente permitem o cálculo da densidade de corrente (A/m2) a ser utilizadapara o dimensionamento do sistema de proteção catódica, conforme mostrado esquematicamente nafigura 3.1.

Figura 3.1 – Esquema típico para o teste de injeção de corrente em uma tubulação enterrada.

Quando o projeto de proteção catódica é definido antes da construção da estrutura, o valo dadensidade de corrente precisa ser estimado. Nesse caso, a experiência do engenheiro de corrosão éfundamental, uma vez que os aspectos relativos às dimensões, forma geométrica e revestimento daestrutura, além dos valores das resistividades elétricas do meio, influenciam decisivamente adeterminação da quantidade de corrente necessária para proteção.



3.3.7 Testes nas Travessias com Tubos-Camisa

A mesma fonte de corrente contínua usada para os testes de corrente pode ser aproveitadapara testar, no caso de tubulações enterradas, as condições de isolamente elétrico dos tubos-camisa,normalmente utilizados nas travessias com estradas de fero ou de rodagem. Esse teste é importanteporque qualquer contado elétrico entre o tubo-camisa e a tubulação aumenta consideravelmente aquantidade de corrente necessária para a proteção catódica da linha.

3.3.8 Escolha dos Locais para a Instalação dos Retificadores, Leitos de Anodos eEquipamentos de Drenagem

A escolha dos locais de instalação dos retificadores, leitos de anodos e equipamentos dedrenagem é, na realidade, a etapa mais importante de um trabalho de campo e o êxito do projeto deproteção catódica dependerá bastante da execução correta dessa tarefa.Para a instalação dos conjuntos retificador/leito de anodos em uma tubulação enterrada, devem serpesquisados locais com as seguintes características:– disponibilidade de energia elétrica em baixa ou média tensão nas proximidades (máximo de

15 kV);– solo co baixa resistividade elétrica (até 6.000 ohm.cm, para sistemas galvânicos e, de

preferência, mais baixo que 12.000 ohm.cm, para sistemas por corrente impressa);– fácil acesso;– espaço suficiente para instalação dos anodos./Para os locais de instalação dos equipamentos de drenagem, são necessárias as seguintes condições:– cruzamento ou proximidade com estrada de ferro eletrificada;– existência de energia elétrica em baixa ou média tensão, para o caso dos equipamentos de

drenagem com dispositivo de proteção temporizada, que necessitam ser alimentadoseletricamente.

Outro ponto importante a ser cuidadosamente considerado consiste na escolha dos locais deinstalação dos pontos de teste, caixas de interligação elétrica com outras tubulações e juntas deisolamento elétrico.

No capítulo 23 são apresentados os trabalhos de levantamento de campo que executamospara o dimensionamento do sistema de proteção catódica do Gasoduto Rio/São Paulo. Osprocedimentos descritos podem ser usados como orientação para os serviços de campo eminstalações similares.

3.3.9 Outros Testes, Medições e Observações

Além das técnicas acima descritas, o engenheiro de corrosão, dependendo de cada casoespecífico, pode realizar outros testes, medições e observações. Dentre as tarefas complementares,menos comuns de serem executadas, podemos citar as escavações para exame visual em váriospontos da estrutura metálica enterrada, as determinações, por meio de injeção de corrente, daresistência elétrica média do revestimento utilizado, e a colheita de amostras, para posterior análisede laboratório, do produto oriundo da corrosão da estrutura estudada.

3.4 CONCLUSÃO

Qualquer que seja a estrutura metálica a ser protegida, o projeto de proteção catódica sópode ser elaborado com sucesso após a realização das medições e testes de campo convenientes,segundo técnicas de eficiência comprovada, no seu local de instalação. A experiência do engenheirode corrosão e de seus auxiliares é fundamental para a análise segura das condições encontradas epara a elaboração do projeto de proteção catódica mais adequado para cada caso particular



CAPÍTULO 4Instrumentos de Medição para Proteção Catódica

4.1 INTRODUÇÃO

Neste capítulo são apresentadas as principais características dos instrumenros e acessóriosutilizados em serviços de proteção catódica.

Desde logo é preciso observar que os instrumentos utilizados nesses trabalhos estão sujeitosa todo tipo de transporte e manuseio, em situações de campo e clima freqüentemente adversas, oque exige uma construção sólida, compacta e robusta.

Além disso, devido á natureza e variação das medições necessárias, é essencial que osinstrumentos selecionados atendam a requisitos bem definidos, no que se refere à precisão eexatidão de suas indicações.

4.2 VOLTÍMETROS

Uma das medições mais frqeüentemente efetuadas, em serviços de corrosão, é adeterminação da voltagem entre um eletrodo de referência e a estrutura metálica em consideração.A utilização de equipamentos inadequados, ou usados de forma incorreta, pode levar a resultadosinteiramente distorcidos.

4.2.1 Voltímetros Convencionais

Para serviços de proteção catódica é recomendável a utilização de voltímetros que tenham ozero ligeiramente deslocado para a direita, ou mesmo situado no centro da escala de medição, aoinvés dos instrumentos mais comuns, com o zero à esquerda. Isso porque, no caso de ocorrência decorrentes de interferência, o trabalho do operador é bastante simplificado, pois permite oacompanhamento das variações de potencial sem o acionamento da chave de inversão dapolaridade. O princípio básico de funcionamento de um voltímetro é o seguinte:• quando um voltímetro é ligado em paralelo com um potencial desconhecido, esse potencialcausa a passagem de uma corrente elétrica através da bobina móvel do instrumento. Esta correntecria um campo magnético na bobina móvel que reage em função do campo magnético já existenteentre os pólos do ímã permanente, que é parte do instrumento. A força do campo magnético nabobina móvel aumenta à medida em que a corrente que passa através da bobina aumenta. Com umacorrente específica circulando através da bobina, o campo magnético estabelecido na bobina reageem função do campo magnético permanente, e a bobina gira sobre seus pontos de apoio, até que aforça da reação seja exatamente equilibrada pela força de retenção exercida por uma mola. Umaagulha acoplada à bobina móvel indica, então, sobre uma escala graduada, a intensidade da correnteque passa por ela. Verifica-se, assim, que o voltímetro convencional de corrente contínua é, narealidade, um dispositivo de mediação de corrente.

4.2.1.1 Voltímetros convencionais de alta resistência

Um voltímetro de alta resistência interna (ou alta sensibilidade), como os exigidos paramedições de potenciais entre uma estrutura e um eletrodo de referência, deve ter uma resistênciamínima de 100.000 ohm por volt. Isso é necessário porque a resistência do circuito que está sendomedido pode ser alta. Se o voltímetro exigir muita corrente para operar seus movimentos, haveráuma queda de tensão muito grande na resistência do circuito externo e o potencial verdadeiro nãoserá o indicado pelo voltímetro. Verifica-se, assim, que o uso de um voltímetro inadequado podefacilmente induzir a erro o observador quanto ao nível de proteção de uma estrutura.



4.2.1.2 Voltímetros convencionais de baixa resistência

Para a medição de voltagens muito baixas, da ordem de 1 a 2 milivolts, por exemplo, sãomais indicados os voltímetros de baixa resistência interna. Isso porque no caso de voltímetros dealta resistência, o conjunto da bobina móvel tem uma resistência tão elevada que não permite adeflexão da agulha para baixos potenciais. De um modo geral, esses voltímetros apresentam umaresistência interna da ordem de 1.000 ou 2.000 ohms por volt.

4.2.1.3 Voltímetros potenciométricos

São utilizados em locais onde a resistividade do solo é muito elevada, em que os voltímetrosconvencionais estão sujeitos a erros em suas indicados devido à resistência de contato entre oeletrodo de referência e o solo. Tais voltímetros possuem uma fonte própria de energia e a leitura dovalor da tensão é obtida mediante a comparação dos valores dos potenciais da estrutura e da suafonte interna.

4.2.1.4 Voltímetros eletrônicos

São construídos para permnitir leituras de potenciais sem drenar quantidade apreciável decorrente do circuito a ser medido. O sinal de entrada é eletronicamente amplificado, de forma apermitir a operação do que seria um instrumento convencional.

Antigamente denominados VTVM (vacuum tube voltmeter), ou seja “voltímetros à válvula”,já no prsente são transistorizados, apresentando como maior vantagem sua elevada resistênciainterna.

Foto 4.1 – Voltímetro registrador, voltímetro eletrônico e eletrodo de referência de Cu/CuSO4, paramedição do potencial tubo/solo.



4.3 AMPERÍMETROS

São instrumentos usados para medir-se a intensidade da corrente elétrica. Em serviços deproteção catódica, são de grande utilidade para a medição de corrente de saída de retificadores, deanodos galvânicos e outras aplicações semelhantes.

O princípio de funcionamento de um amperímetro de corrente contínua é o mesmo que o deum voltímetro convencional, conforme já mencionado. Normalmente, são instrumewntos de baixaresistência interna.

4.3.1 Amperímetro de Resistência Nula

Assim como nas medições de potenciais, um voltímetro potenciométrico atenua os efeitos deum cicuito de alta resistência externa, um amperímetro de resistência nula reduz os efeitos daresistência de um amperímetro inserido em um circuito de baixa resistência. Isso é obtido usando-sea corrente de uma barreira para compensar a queda de tensão através do amperímetro, o que permiteleituras muito precisas.

4.4. MEDIDORES COMBINADOS

Os medidores de múltiplas combinações são muito práticos e convenientes por permitirem aredução da quantidade de equipamentos para os serviços de campo. Podem ser construídos com umou dois instrumentos, sendo que nestes últimos são utilizados um voltímetro de alta e um de baixaresistência. Prestam-se para todos os trabalhos de medição de potenciais, corrente, mediçõespotenciométricas e de resistências de circuitos.

Os multi-medidores têm experimentado grande avanço tecnológico nos últimos anos, deforma a incorporar, em suas características principais, tamanho e peso bastante reduzidos, robustez,facilidade de operação e alto nível de precisão, razão pela qual estão sendo cada vez mais utilizados,principalmente os digitais.

4.5 INSTRUMENTOS PARA MEDIÇÕES DE RESISTIVIDADES

São essenciais para a escolha de locais apropriados à instalação de leitos de anodos e quedevem necessariamente apresentar baixa ou média resistividade elétrica, valor esse que determina otipo e quantidade de anodos a serem utilizados.

4.5.1 Vibroground

É o instrumento mais tradicionalmente empregado para esse fim. Utiliza o Método dosQuatro Pinos, também conhecido como Método de Wenner. Alimentado por pilhas comuns, contémum vibrador síncrono, que transforma a corrente contínua em alternada. Por intermédio de quatropinos de aço, eqüidistantes, fincados no solo, é medido uma diferença de potencial, entre dois dospinos, ao injetar-se certa quantidade de corrente, por intermédio dos outros dois. A diferença depotencial medida representa a queda de potencial através do solo compreendido entre os pintos epode ser traduzida em resistividade elétrica. Uma característica importante desse método é que asresistividades elétricas podem ser medidas a profundidades diferentes, mediante a variação doespaçamento entre os pinos de aço utilizados.

4.5.2 Megger

Outro tipo de instrumento disponível, que utiliza também o Método dos Quatro Pinos,caracteriza-se por possuir um gerador acionador por manivela, em substituição às pilhas.



4.5.3 Outros Instrumentos

Existem outros instrumentos de diversos fabricantes, com o mesmo princípio de operação,em que o vibrador é substituído por circuito transistorizado. Esses instrumentos têm tido melhoraceitação pelos usuários, por eliminarem os defeitos comumente apresentados pelos vibradores,sendo assim mais confiáveis para trabalhos de campo.

Foto 4.2 – Instrumento para medição da resistividade elétrica do solo.

4.5.4 EM’S

São instrumentos que permite a determinação da resistividade elétrica do solo por meio deuma técnica eletromagnética de medição. Consistem, basicamente, de um transmissor e um receptorde rádio freqüência. Um sinal de rádio freqüência (RF) emitido pelo transmissor induz no solo“correntes de intensidade variável”. Essas correntes, por sua vez, geram um campo magnéticosecundário que é captado e medido pelo receptor. A intensidade desse campo magnético édiretamente proporcional à condutividade do solo, valor fornecido pelo instrumento. A partir dovalor de condutividade determina-se a resistividade do solo no local.As principais vantagens desse método em relação ao de Wenner são as seguintes:a) maior velocidade de execução;b) possibilidade de otimização do local escolhido para instalação do leito de anodos;c) não sofre influência de anomalias supeficiais do solo.



A principal desvantagem é que as medições não podem ser feitas nas proximidades decondutores metálicos, linhas de transmissão, tubulações aéreas e enterradas, cercas etc.

4.6 VOLT-OHM-MILIAMPERÍMETRO

É um instrumento que combina as funções de voltímetro, ohmímetro e miliamperímetro,muito útil para os serviços de manutenção de retificadores e outros equipamentos encontrados nocampo.

Foto 4.3 – Multímetros digitais.

4.7 REGISTRADORES

São instrumentos capazes de registrar continuamente correntes e potenciais, essenciais paraos serviços de campo em locais sujeitos a correntes de interferência.

Basicamente, um registrador consiste de um voltímetro convencional de corrente contínua,equipado com uma pena ou estilete que efetua a marcação em papel graduado, enrolado em bobina,permitindo um registro periódico ou contínuo.



Foto 4.4 – Instrumento para registro de potencial tubo/solo.

4.8 DATA LOGGERS

São instrumentos eletrônicos utilizados em substituição aos voltímetros, amperímetros,multímetros e registradores tradicionais. Possuem, em geral, grande capacidade de armazenamentode dados e podem ser programados para executar diferentes tipos de medições. Os dados obtidospodem ser transferidos para um microcomputador, onde são analisados.

4.8.1 Ramlog (de fabricação da A.B.I. Data)

Trata-se de um “registrador eletrônico”, com impedância de 1012 ohm, programável viacomputador, capaz de armazenar até 8.000 leituras, durante um período de um ano, sem troca dabateria. A principal aplicação desse instrumentos é para a realização de registros simultâneos. Paratanto, possuem um relógio interno que torna possível a sincronização de registros. Pode-seprograma até 50 instrumentos para uso num mesmo estudo.

4.8.2 Tricorder (de fabricação da MC MILLER)

É o mais versátil de todos os data loggers disponíveis para os serviços de campo de proteçãocatódica. Possui três canais independentes, que o torna equivalente a três registradores; possui aindateclado inteligente; porta serial RS-232C, que permite a transmissão de dados diretamente para umaimpressora, ou a operação remota do instrumento; memória de 64 K etc. São disponíveis, ainda,diversos softwares para análise de dados e impressão de gráficos, tabelas etc.



4.8.3 Rectifier Controler (de fabricação da Cathodic Technology Limited)

Trata-se da combinação de um microprocessador, para controle dos parâmetros de saída doretificador, e um data logger que, além dos parâmetros mencionados, registra, também, ospotenciais da estrutura protegida, até 288 vezes por dia. É capaz de armazenar os dados por até 50dias.

O microprocessador mantém os ajustes de saída do retificador dentro dos limitespreestabelecidos pelo operador. O controle da corrente de saída pode ser feito pela leiturasimultânea de até quatro semi-células diferentes.

O instrumento possui, ainda, uma porta RS-232C que permite interfaciá-lo diretamente auma impressora ou a um modem, permitindo sua operação remota. Pode ser programadodiretamente, via teclado ou por computador.

4.8.4 DLINK (de fabricação da Harco Technologies Corporation)

Trata-se de um sistema de sensoriamento remoto de dados. Seu uso é indicado parautilização em locais de difícil acesso. É composto por duas unidades: RTU – Unidade TerminalRemota e a MTU – Unidade Terminal Mestre. Cada Unidade Remota pode monitorarsimultaneamente até 16 canais independentes. A Unidade Mestre é usada para, a partir de umveículo qualquer (carro, avião, barco) obter-se, por meio de sinais de rádio freqüência, os dadosmedidos e registrados pelas unidades remotas. A Unidade Mestre pode ser dispensada caso sejapossível conectar-se as unidades remotas diretamente a uma linha telefônica.

4.9 INTERRUPTORES AUTOMÁTICOS DE CORRENTE

Usados para ligar e desligar automaticamente uma fonte de corrente, geralmente em umsistema provisório de proteção catódica, para o levantamento de dados necessários ao projeto. Orequisito essencial do dispositivo é que permita uma perfeita identificação dos períodos de ligação ecorte da corrente.

Modernamente, os interruptores de corrente têm sido utilizados para a realização demedições de potencial isentas de queda ôhmica no solo.

4.10 LOCALIZADORES DE TUBULAÇÃO

São instrumentos úteis para verificar-se o ponto exato em que se encontram tubulações,estruturas metálicas desconhecidas, cabos de camas de anodos e outras estruturas enterradas, dasquais não se sabe a localização.

Foto 4.5 – Instrumento para localização de tubulações e cabos elétricos enterrados.



4.11 DETECTORES DE FALHA DE REVESTIMENTO PARA TUBULAÇÕESENTERRADAS

Esses instrumentos (figura 4.1) permitem detectar e localizar falhas no revestimento detubulações enterradas e cabos danificados, sem a necessidade de escavações. O princípio defuncionamento baseia-se na medição dos gradientes superficiais de potencial no solo provocadopela passagem de uma corrente elétrica contínua. Esses gradientes são mais intensos junto às falhasdo revestimento. Quanto maior for a falha, maior será o gradiente.

Figura 4.1 – Detecção de defeito do revestimento de uma tubulação enterrada.

4.12 EQUIPAMENTOS PARA LEVANTAMENTO DE PERFIL DE POTENCIAL

São equipamentos utilizados para levantar-se o perfil de potenciais T/S ao longo de umatubulação, com intervalos de até um metro entre as medições. São compostos, basicamente, por ummicrocomputador, um teclado, uma bobina com até oito km de fio 30 AWG, duas semi-células eum multímetro de alta impedância (mínimo de 20 M.ohm). Uma vez montados no campo, sãofacilmente transportados por um único operador, que percorre a tubulação. O equipamento fornecea distância entre o operador e o ponto de conexão à tubulação. Todos os valores medidos sãoautomaticamente registrados pelo microcomputador.



4.13 ACESSÓRIOS

4.13.1 Eletrodos de Referência

Essenciais para serviços de proteção catódica, os eletrodos de referência (meias-células ousemi-células) servem para medir-se o potencial de uma estrutura com relação ao meio e assimverificar-se o nível da corrosão e a existência de correntes de interferência.

Foto 4.6 – Eletrodos de referência de Cu/CuSO4.

4.13.2 Caixa Padrão

Serve para medir a resistividade de amostras do solo e de água. Consiste, basicamente, numdepósito de plástico transparente com placas metálicas em ambas as extremidades, para permitir apassagem de uma corrente elétrica através da amostra e a medição de sua resistência.



Foto 4.7 – Caixa-padrão para medição de resistividade elétrica de amostras de solo e de água.

4.13.3 Fontes para Testes de Corrente

Dependendo das circunstâncias e das condições de trabalho no campo, as fontes utilizadaspara testes de densidade de corrente e de condições de revestimento podem ser uma bateria depilhas secas, acumuladores, geradores a óleo ou gasolina ou, ainda, uma máquina de solda.

4.13.4 Carretéis e Fios

Para a medição de potenciais de uma estrutura, em relação a um eletrodo de referênciaafastado, necessita-se de condutores de grande comprimento. Como a resistência interna dosinstrumentos é bastante elevada e a queda de potencial desprezível, podem ser usados condutores depequena bitola (18 a 22 AWG) em carretéis com até mesmo 300 m de extensão. Esses condutoresdeverão ser de cobre do tipo singelo, de fios finos trançados, revestidos de borracha e muitoflexíveis.Para as ligações rápidas dos instrumentos, recomenda-se fios do tipo espiralado com terminais dotipo “jacaré”.



CAPÍTULO 5Dimensionamento de Sistemas de Proteção Catódica

5.1 INTRODUÇÃO

No presente capítulo estamos apresentando, de forma didática e ordenada, as principaisorientações a serem adotadas na elaboração dos projetos dos sistemas de proteção catódica.

Cumpre destacar, entretanto, que o dimensionamento de um sistema de proteção catódicanão consiste simplesmente na aplicação de fórmulas, sendo que a experiência do projetista é defundamental importância para a elaboração de um bom projeto.

5.2 A IMPORTÂNCIA DOS LEVANTAMENTOS DE DADOS

Um projeto de proteção, para ser bem executado deve ser baseado num cuidadosolevantamento de dados. Conforme descrito no capítulo 3, podemos dividir a coleta destasinformações em dois tipos:• levantamentos de dados das instalações a proteger;• levantamentos e medições de campo.

5.3 SELEÇÃO DO MÉTODO DE PROTEÇÃO CATÓDICA A SER USADO

A escolha do método de proteção catódica depende essencialmente de uma análise técnico-econômica. Nessa definição devem ser analisadas as vantagens e desvantagens de cada sistema, ocusto e a viabilidade técnica de se empregar o sistema galvânico ou o sistema por corrente impressa.

Para uma escolha criteriosa, o projetista deve levar em consideração as características decada sistema, que estão apresentadas a seguir.

5.3.1 Sistema Galvânico

• Indicado somente para eletrólitos de baixa resistividade elétrica.• Indicado para pequenas instalações.• Contra-indicado para estruturas sujeitas a fortes correntes de interferência.• Não possibilita regulagem, ou aceita regulagem precária.• É menos sujeita a interrupções de funcionamento.• Pode necessitar de substituição periódica dos anodos.• É muito usado para a proteção de plataformas de petróleo e tubulações submersas no mar.

5.3.2 Sistema por Corrente Impressa

• Indicado para qualquer eletrólito (não há limitação quanto à resistividade elétrica).• Indicado para instalações de qualquer porte.• Indicado para instalações sujeitas a correntes de interferência.• Possibilita ampla regulagem.• É mais sujeito a interrupções de funcionamento.• Necessita de inspeção e manutenção dos retificadores.• Custo inicial em geral maior que o do sistema galvânico, dependendo da instalação.

5.4 CÁLCULO DA CORRENTE DE PROTEÇÃO CATÓDICA

A corrente necessária à proteção de determinada estrutura independe do tipo de sistema quese utiliza, seja galvânico ou por corrente impressa.Essa corrente pode ser calculada pela seguinte fórmula:



I = A • Dc • F • (1 – E).

Onde:

I = corrente necessária, em mA;A = área da estrutura a ser protegida: esta área é obtida a patir da forma geométrica daestrutura, devendo ser considerada somente a área que estiver em contato com o eletrólito, sendoexpressa em m2;Dc = densidade de corrente: é a corrente necessária por unidade de área.A densidade de corrente utilizada é obtida em função da resistividade do eletrólito e refere-se àestrutura sem revestimento, sendo expressa em mA/m2. O cálculo da densidade de corrente podeser feito pela seguinte fórmula:Dc = 73,73 – 13,35 log ρ.

Onde:

Dc = densidade de corrente (mA/m2);ρ = resistividade elétrica do eletrólito em ohm . cm.

Obs.: A fórmula acima só deve ser usada para valores de resistividade elétrica variando entre1.000 ohm . cm e 300.000 ohm . cm.

A determinação da densidade de corrente pode também ser feita através do Gráfico 5.1.

Gráfico 5.1 – Variação da densidade de corrente para a proteção do aço, em função da resistividadeelétrica do eletrólito.



Para o caso das instalações marítimas, a densidade de corrente depende, além da resistividadeelétrica do eletrólito, de outros fatores tais como velocidade das correntes marítimas, turbulência,teor de oxigênio dissolvido na água, temperatura da estrutura metálica (por exemplo os risers dasplataformas de petróleo, onde o óleo produzido possui altas temperaturas) e presença deincrustações calcáreas na estrutura. Para as plataformas de petróleo, normalmente construídas emmar aberto, a densidade de corrente pode variar desde cerca de 50 mA/m2 até 600 mA/m2,dependendo das condições, sendo que, para esses casos, a fórmula para o cálculo da densidade decorrente, bem como o gráfico 5.1 não devem ser usados. No capítulo 19 mostramos osprocedimentos que devem ser adotados para o cálculo das correntes de proteção catódicanecessárias às plataformas de produção de petróleo, sendo comum o cálculo da corrente inicial, dacorrente média e da corrente final.

E = Eficiência do Revestimento: uma estrutura revestida necessita, para sua proteção, deuma quantidade de corrente bem menor do que uma estrutura nua. Daí a importância da eficiênciado revestimento ser estimada corretamente no projeto de proteção catódica.

A eficiência do revestimento pode ser determinada, no campo, através de testes de injeçãode corrente, ou pode ser estimada, tomando-se como base as orientações descritas no capítulo 9.

Para o caso de instalações marítimas, como as plataformas de petróleo e as estacas de piersde atracação de navios, a eficiência de revestimento muitas vezes não é considerada, sendofreqüente a não utilização de revestimentos protetores nas superfícies permanentemente submersasdaquelas instalações.

A tabela 5.1 indica alguns valores de eficiência utilizados em projetos de proteção catódica.

TABELA 5.1

Estrutura Qualidade dorevestimento

Eficiência

Inicial (%) Final (%)Tubulações enterradas Excelente 95 90

Bom 90 80Regular 80 50Ruim 50 0

Fundos de tanques (parteexterna)

Bom ’80 60

Regular 60 40Ruim 40 0

Fundos de tanques (parteinterna)

Excelente 95 90

Embarcações Excelente 95 90Bom 90 80Regular 80 50Ruim 50 0

É na estimativa da eficiência dos revestimentos que se estabelece o maior ou menorcoeficiente de segurança que se adota no dimensionamento de um sistema de proteção catódica.Neste particular, a experiência do projetista é fator fundamental para um perfeito dimensionamentoda corrente de proteção.

F = Fator de Correção da Velocidade: é um coeficiente adotado quando existe movimento relativoentre a estrutura e o eletrólito. Esse coeficiente pode ser obtido através do Gráfico II.



Gráfico 5.2 – Fator de correção da corrente em função da velocidade do eletrólito.

5.5 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS GALVÂNICOS

5.5.1 Instalações Submersas

Para as instalações submersas, podem ser adotados os procedimentos a seguir.

5.5.1.1 Escolha do material dos anodos

Primeiramente, torna-se necessário escolher o material dos anodos, que deve ser adequadoao eletrólito em contato com a estrutura a proteger.

Para essa escolha as seguintes orientações devem ser seguidas:• anodos de magnésio: utilizados para a proteção de instalações enterradas ou mergulhadas emágua doce;• anodos de zinco: utilizados para a proteção de instalações enterradas ou submersas;• anodos de alumínio: utilizados somente para instalações submersas, principalmente asinstalações marítimas e, em especial, as plataformas de petróleo.

As características principais dos anodos galvânicos são a capacidade de corrente (A • h/kg),o potencial em circuito aberto, medido em relação ao eletrodo de Cu/CuSO4 (volts) e o pesoespecífico (g/cm3). Esses valores, para os anodos de magnésio, zinco e alumínio, encontram-se natabela 6.1, do capítulo 6.

5.5.1.2 Determinação da massa de anodos

O segundo passo consiste na determinação da massa necessária de anodos para umadeterminada vida.Esse cálculo pode ser feito com o auxílio da seguinte expressão:



FC

IV760.8M

×××

=

onde:M = massa de anodos necessária (kg);V = vida útil desejada para os anodos (anos).

A vida útil desejada é função da maior ou menor facildiade de substituição dosanodos, após serem consumidos. As orientações normalmente adotadas para a vida útil são asseguintes:

– instalações enterradas: 10 a 20 anos;– instalações marítimas: 10 a nos anos;– embarcações: 2 a 3 anos.

I = Corrente necessária á proteção, em A (ampéres), calculada de acordo com o item 5.4;C = capacidade de corrente do anodo, em Ah/kg, de acordo com a tabela 6.1 do capítulo6;F = fator de utilização do anodo (adimensional). O fator de utilização normalmenteadotado é de 0,85 para anodos convencionais e 0,90 para os anodos que apresentam formaalongada;8.760 = número de horas em um ano.

5.5.1.3 Determinação do número de anodos

Essa definição consiste em verificar-se, com o auxílio de catálogos de fabricantes, quais sãoos formatos e massas unitárias dos anodos disponíveis no mercado. Dividindo-se a massa total deanodos pela massa unitária do anodo selecionado, tem-se o número de anodos a ser utilizado. Aexperiência do projetista é, mais uma vez, fundamental nessse momento, para que o anodoselecionado seja realmente o mais indicado. Como orientação geral, pode-se adotar o critério deselecionar um anodo para a proteção de cada 30/60 m2 de estrutura.

5.5.1.4 Verificação da corrente liberada pelos anodos

A corrente liberada por cada anodo depende do material do anodo, do seu formato e daresistividade elétrica do eletrólito.Para o caso das instalações submersas, basta verificar, no catálogo do fabricante, qual a correnteliberada por cada tipo de anodo. Multiplicando-se esse valor pelo número total de anodos, tem-se acorrente total liberada pelos anodos, que deve ser igual ou maior que a corrente total necessária.

Quando não se dispõe da corrente por cada anodo, pode-se calclá-la com relativa precisão,utilizando-se as fórmulas seguintes:Corrente liberada por cada anodoI = DV/ROnde:I = corrente, em A;DV = diferença de potencial disponível entre o anodo e a estrutura polarizada, em V.Os valores de DV que podem ser utilizados são os seguintes:• anodos de magnésio: DV = 0,70 V;• anodos de zinco e alumínio: DV = 0,25 V.R = Resistência de contato anodo/eletrólito (ohm), calculada com o auxílio das fórmulasabaixo.a) Anodos Alongados, de Forma Cilíndrica:

πρ

= 1–r

L4n

L2R l

onde:



R = resistência anodo/eletrólito (ohm);P = resistividade elétrica do eletrólito (ohm • cm);L = comprimento do anodo (cm);R = raio do anodo (cm), devendo-se considerar o raio remanescente, quando o o

anodo já tem um consumo de 40%.b) Anodos Alongados com Seção Trasnversal Quadrada, Retangular ou Tranpezoidal

Para o cálculo dessa resistência aplica-se a fórmula anterior, tomando-se o cuidado decalcular, antes, o raio equivalente do anodo, pela seguinte expressão:

π=

S6,0re

onde:re = raio equivalente da seção não cilíndrica (cm);S = área da seção transversal do anodo;0,6 = fator correspondente ao raio remanescente do anodo, após o consumo de

40%.Observação: Para o caso das platadormas de petróleo é comum o cálculo das resistências

anodo/eletrólito inicial e final, adotando-se os comprimentos e raios inicial e final dos anodos,conforme mostrado no capítulo 19.c) Anodos em Forma de Braçadeira, para Proteção de Tubulações Marítimas

A

315,0R

ρ=

A = área da superfície exposta do anodo (cm2).d) Anodos em Forma de Placa, para a Proteção de Embarcações

Le2R

ρ=

onde:Le = comprimento equivalente do anodo (cm) igual à medade da soma docomprimento e da lagura do anodo, tomadas em sua base. Para que essa fórmula seja válida,o comprimenro do anodo deve ser maior que duas vezes a sua lagura, o que normalmenteocorre.

5.5.2 Instalações Enterradas

5.5.2.1 Escolha do Material e Determinação da Massa dos Anodos

Adotar o mesmo procedimento recomendado para as instalações submersas.Os anodos utilizados para a proteção galvânica das instalações enterradas precisam,

entretanto, ser ensacados com um enchimento condutor apropriado, consistindo de uma mistura degesso hidratado e bentonita com ou sem a adição de sulfato de sódio. A resistividade elétrica desseenchimento é da ordem de 250 ohm • cm, sendo que esse valor cai para 50 ohm • cm quando seadiciona cerca de 5% de sulfato de sódio à mistura. A finalidade principal do enchimento condutoré evitar o contato direto do anodo com o solo, diminuindo o aparecimento de pilhas de corrosão nopróprio anodo, evitando a formação de películas apassivadoras de alta resistência sobre a superfíciedo anodo e diminuindo a resistência de contato anodo/solo.

5.5.2.2 Cálculo da corrente liberada pelos anodos

Esse cálculo é feito pela fórmula seguinte:

R

Vi

∆=

onde:



I = corrente liberada por um anodo ou por um leito de anodos (A);DV = diferença de potencial disponível entre o anodo e a estrutura polarizada (V);R = resistência de contato anodo/solo (ohm), calculada com o auxílio das fórmulas aseguir.a) Resistência Anodo/Solo de apenas um Anodo Alongado de Forma Cilíndrica

A resistência anodo/solo pode ser obtida mediante a soma da resistência anodo/enchimentocom a resistência enchimento/solo, não havendo necessidade de considerar a resistência dopróprio enchimento, que é desprezível.Para o cálculo das duas resistências acima, pode ser utilizada a expressão abaixo:

πρ

= 1–4

L4n

L2R l

onde:R = resistência de contato anodo/enchimento ou enchimento/solo (ohm);L = comprimento do anodo ou comprimento da coluna de enchimento do anodo(cm);R = raio do anodo ou raio da coluna de enchimento do anodo (cm).

b) Resistência Anodo/Solo de um Leito de AnodosPara esse cálculo, deve ser adotado o procedimento descrito no item 5.6.5.1, relativo aocálculo para os anodos inertes, utilizados em sistemas por corrente impressa.

5.5.2.3 Cálculo do número de anodos individuais ou do número de leitos de anodos

Esse cálculo pode ser feito dividindo-se a corrente total necessária pela corrente liberada porcada anodo individual ou por cada leito de anodos.

5.5.2.4 Verificação da vida dos anodos

Após definido o número total de anodos, torna-se necessário verificar se a sua vida esperadaestá compatível com a vida desejada, mediante o emprego da fórmula do item 5.5.1.2. Se a massade anodos não for suficiente para a vida desejada, torna-se necessário selecionar anodos com maiormassa ou, mesmo, aumentar o número de anodos.

5.6 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS POR CORRENTE IMPRESSA

Nos sistemas por corrente impressa, uma vez determinada a corrente necessária de proteção,adota-se o procedimento a seguir.

5.6.1 Definição do Número de Pontos de Injeção de Corrente

O pontos de injeção de corrente, para os sistemas por corrente impressa, são constituídos deconjuntos retificador/leito de anodos, podendo ser utilizados, em substituição ao retificador, bateriasconvencionais, baterias solares ou termogeradores, embora não sejam muito comuns.

O número de retificadores a ser utilizado deve ser suficiente para fornecer e distribuir, demodo econômico e eficiente, toda a corrente de proteção catódica necessária à estrutura.As características principais dos retificadores a seresm selecionados são as seguintes:– as tensões de saída podem variar desde 10V até 100V, sendo que, em algunas instalaçõesparticulares, podem ser usado retificadores de até 140V, embora com restrições de segurança. NosEstados Unidos existem instalações de proteção catódica, com o emprego desse equipamentos comalta tensão de saída;– as correntes de saída podem variar desde 10A até 500A (as correntes maiores são usadas eminstalações marítimas, como é o caso dos piers de atracação de navios);



– a potência de saída deve ser limitada, tanto quanto possível, em 10 kVA;– os retificadores mais comumente utilizados são os seguintes:• Instalações terrestres:

50V/30A, 50V/50A, 100V/30A e 100V/50A.

• Instalações marítimas:20V/200A, 20V/300A e 20V/400A.

• Armaduras de aço das estruturas de concreto:30V/10A e 30V/15A.

Para a instalação dos conuntos retificador/leito de anodos devem ser escolhidos locais combaixa ou média resistividade elétrica (sempre que possível, inferior a 12.000 ohm • cm), com fácilacesso para montagem e inspeção, com disponibilidade de energia elétrica em baixa ou médiatensão (máximo de 15 kV) e com espaço suficiente para a instalação do leito de anodos, quealgumas vezes precisa ser extenso (faixa de 300 m x 5 m), como é o caso das tubulações enterradasde grande porte.

5.6.2 Escolha do Material do Anodo

Os anodos inertes que podem ser usados em sistemas por corrente impressa, incluindo suasaplicações, densidades de corrente, desgaste e formas geométricas em que são fabricados, sãodescritos com detalhes no capítulo 6.

5.6.3 Cálculo da Massa de Anodos

A massa mínima de anodos, necessária para cada equipamento de injeção, pode sercalculada da seguinte maneira:

F

IVDM

××=

onde:M = massa de anodos (kg);D = desgaste do anodo (kg/A • ano) de acordo com a tabela 6.2 do capítulo 6;V = tempo de vida útil desejada para o leito de anodos (anos). Os sistemas por correnteimpressa são dimensionados, normalmente, para uma vida útil variando de 15 a 30 anos,dependendo da instalação;I = corrente máxima a ser injetada pelo leito de anodos (A);F = fator de utilização dos anodos (adimensional). O fator de utilização pode variar de0,5 a 0,85, de acordo com o critério do projetista.

5.6.4 Escolha do Número Mínimo de Anodos

O número mínimo de anodos de um determinado leito pode ser determinado dividindo-se amassa mínima necessária pela massa unitária do anodo escolhido, mediante consulta dos catálogosdos fabricantes. Torna-se necessário verificar se a densidade de corrente no anodo está de acordocom a densidade máxima recomendada para o material escolhido.

5.6.6 Cálculo da Resistência do Circuito

Para o cálculo da resistência do circuito retificador/anodo/eletrólito/estrutura/retificador,podem ser adotadas as expressões a seguir.



5.6.6.1 Resistência total do circuito

RT = 1,2 (Rce + Rpc + Rca + Rae)Onde:RT = resistência máxima que deve ter o circuito externo, de modo que, com a tensãonominal do retificador, a corrente nominal possa ser injetada;Rce = resistência de contato catodo/eletrólito (ohm). Essa resistência depende da área decontato da estrutura com o eletrólito, da eficiência do revestimento da estrutura e da resistividadeelétrica do eletrólito. O valor dessa resistência é, na grande maioria das vezes, muito pequeno,podendo ser desprezado. Somente para o caso de pequenas tubulações, muito bem revestidas einstaladas em solo de resistividade elétrica muito alta, pode ser necessário sua verificação, razãopela qual deixamos de apresentar o seu método de cálculo;Rpc = resistência do próprio catodo (ohm). Essa resistência, para o caso de tubulações,depende da resistência do tubo por metro linear, da resistividade elétrica do metal e da massa dotubo. O seu valor também pode ser desprezado no cálculo;Rca = resistência dos cabos elétricos de interligação (ohm). Essa resistência pode serfacilmente calculada, em função das bitolas e comprimentos dos cabos elétricos, mediante consultadas tabelas fornecidas pelos fabricantes;Rae = resistência de contato anodo/eletrólito (ohm). Esta é a pacela mais significativa nocálculo da resistência total do circuito, podendo ser calculada com o auxílio das expressões a seguir.a) Resistência de um Anodo Cilíndrico Instalado na Posição Vertical

πρ

= 1–D

L8n

L2R l

onde:R = resistência (ohm);P = resistividade elétrica do solo (ohm • cm);L = comprimento do anodo (cm);D = diâmetro do anodo (cm).Notas: quando se tratar de anodo galvânico, com enchimento, adotar o procecimento decálculo do item 5.5.2.2(a). Quando se tratar de anodo inerte, com enchimento de coquemetalúrgico moído, L e D podem ser o comprimento e o diâmetro da coluna de coque.

b) Resistência de um Leito de Anodos Cilíndricos Instalados na Posição Vertical

+

πρ

= )N656,0(nS

L21–

D

L8n

NL2R ll

onde:N = número de anodos;S = espaçamento entre anodos (cm).Nota: Quando se tratar de anodo com enchimento, seja galvânico ou por corrente impressa,as dimensões L e D podem ser o comprimento e o diâmetro da coluna de enchimento.

c) Resistência de um Anodo Cilíndrico Instalado na Posição Horizontal

++

++πρ

= 1–L

LP–

L

P

DP

LPL4L4n

L2R

22222

l

onde:P = dobro da profundidade do anodo (cm).

d) Resistência de um Leito de Anodos Cilíndricos Instalados na Posição Horizontal

RV

RARHR

×=

onde:



RH = resistência de um anodo cilíndrico instalado na posição horizontal (ohm);RA = resistência calculada pela fórmula usada para um leito de anodos cilíndricosna posição vertical;RV = resistência calculada pela fórmula usada para um anodo cilíndrico na posiçãovertical.

e) Resistência de um Leito de Anodos Cilíndricos Instalados na Posição Horizontal, comColuna de Enchimento Condutor Contínua

πρ

= 2–DP

L8n

L2R

2

l

f) Resistências de Leitos de Anodos Não CilíndricosQuando os anodos não são cilíndricos ou são instalados em coluna de enchimento condutorde seção transversal quadrada ou retangular, como ocorre com freqüência na instalação dosanodos inertes horizontais, o diâmetro equivalente do anodo ou da coluna de enchimentopode ser calculado pela fórmula:

π= A2De

onde:De = diâmetro equivalente (cm);A = área da seção transversal (cm2).

5.6.7 Verificação do Número de Anodos

O número mínimo de anodos calculado em 5.6.4, pelo critério da massa mínima necessáriapara uma determinada vida, precisa ser agora verificado, tendo em vista a resistência do circuito,conforme calculado em 5.6.5.O número de anodos a ser usado em determinado leito tem que ser, sempre, igual ou maior que onúmero mínimo de anodos calculado pelo critério da massa e da resistência.

5.7 AUXÍLIO DE MICROCOMPUTADORES

Todos os cálculos para o dimensionamento dos sistemas de proteção catódica podem serextremamente facilitados mediante o uso dos microcomputadores.O cálculo, por exemplo, da corrente total necessária para a proteção de tubulações enterradas podeser feito, com boa precisão, se forem adotadas pequenas seções do tubo, utilizando-se o valor deresistividade elétrica do solo medido em cada uma das seções e somando-se as várias correntesparciais.



CAPÍTULO 6Materiais e Equipamentos Utilizados em Sistemas de Proteção Catódica

6.1 INTRODUÇÃO

O presente capítulo descreve as principais características e finalidades dos materiais eequipamentos utilizados nos sistemas de proteção catódica. O conhecimento desse assunto é defundamental importância no detalhamento e na construção desses sistemas.

6.2 SISTEMAS GALVÂNICOS

6.2.1 AnodosOs materiais usados para fabricação de anodos galvânicos são ligas de zinco, de magnésio e

de alumínio.A composição de tais ligas varia de fabricante para fabricante (exceto as de zinco, que sãorigidamente especificadas), obtendo-se anodos comerciais.

Principais características apresentadas pelos anodos galvânicos• Potencial em relação ao eletrólito, medido com o auxílio de um eletrodo de referência(potencial em circuito aberto).• Capacidade de corrente, em ampére-hora/kg.• Eficiência eletroquímica do anodo (que é a relação entre a corrente utilizável na proteção daestrutura e a corrente total debitada pelo anodo). Quanto maior a eficiência, menor a autocorrosãodo anodo.A tabela 6.1 mostra a comparação desses valores para os anodos de zinco, magnésio e alumínio.

TABELA 6.1

Propriedade dos Anodos GalvânicosAnodos Capacidade de Potencial em Eficiência

Corrente (A . h/kg) volts (Cu/CuSO4) (%)Zinco 740 –1,10 90/95Magnésio 1.100 –1,60 50/60Alumínio 2.200/2.844 –1,10 75/95

Os anodos de alumínio embora tenham características eletroquímicas superiores, têm seuuso restrito aos sistemas onde o eletrólito é totalmente líquido. Particularmente na água do mar, osresultados são excelentes. Não é indicado para proteção de estruturas enterradas, devido aosfenômenos químicos que ocorrem em sua superfície. A tecnologia de fabricação desses anodos temsido bastante desenvolvida. As ligas Al-Zn-Hg, usadas durante alguns anos, foram abandonadasdevido a suas implicações ecológicas, risco de envenenamento dos fundidores, causados pelomercúrio, e devido às grandes áreas inativas da superfície dos anodos. Mais recentemente, as ligasAl-Zn-Sn, com adição de índio, foram testadas, aprovadas e estão sendo utilizadas com sucesso nasinstalações marítimas.



Foto 6.1 – Anodos de alumínio para proteção catódica de instalações marítimas.

Os anodos de zinco, já bem mais testados e conhecidos que os de alumínio, são bastanteusados para proteção de estruturas marítimas, podendo, também, proteger estruturas enterradas,desde que instalados em solos de baixa resistividade (da ordem de até 1.500 ohm . cm). Sãoutilizados na proteção de cascos de embarcações, estacas de piers, proteção interna de tanques dearmazenamento de petróleo, tanques e linhas de lastro. Para proteção de estruturas enterradas, suautilização é limitada a locais de muito baixa resistividade, em virtude do seu baixo potencialrequerer uma resistência de circuito muito pequena, a fim de debitar a corrente necessária àproteção. Os anodos de zinco são ainda usados para os sistemas de aterramento elétrico de tanquesde armazenamento de petróleo e derivados, em substituição às hastes de cobre, que possuem oinconveniente de introduzir pilhas de corrosão, indesejáveis, nos fundos dos tanques, conforme serámostrado no capítulo 13.

Os anodos de magnésio, que possuem potencial maior que o alumínio e o zinco, sãorecomendados para a proteção de instalações metálicas enterradas em solos com resistividadeelétrica de até 6.000 ohm.cm, sendo que, resultados melhores são conseguidos em solos comresistividade máxima de 3.000 ohm.cm.

Para aplicações em água salgada, de baixa resistividade elétrica, o uso de anodos demagnésio não é recomendado porque a corrente de saída dos anodos seria muito alta, conferindouma superproteção desnecessária à estrutura.

Por motivos de segurança, evita-se instalar anodos de magnésio no interior de tanques comprodutos inflamáveis, como os tanques de lastro, devido à possibilidade de gerar centelha, no casode queda e choque com a estrutura de aço.

Os anodos galvânicos podem ser fabricados nos mais variados formatos e dimensões,dependendo da aplicação a que se destinam. Para o caso, por exemplo, da proteção de tubulaçõessubmersas, são usados com freqüência anodos em forma de braçadeira, que envolvem o tubo a serprotegido.



Foto 6.2 – Anodo galvânico em forma de braçadeira.

Foto 6.3 – Anodos galvânicos de magnésio ensacados com enchimento condutor.

A ligação elétrica entre o anodo galvânico e a estrutura pode ser feita de uma das duasmaneiras seguintes:– ligação por meio de cabo elétrico, já fornecido com o anodo, usada para a proteção de tubulaçõesenterradas;



– ligação por meio de solda da alma do anodo com a estrutura, usada paa a proteção de instalaçõessubmersas e cascos de navios.– 6.2.2 Enchimento Condutor (Backfill)

Quando se instalam anodos galvânicos no solo, é conveniente, em certas circunstâncias,envolvê-los com enchimento condutor apropriado, evitando-se o contato direto anodo-solo.As finalidades do enchimento condutor são as seguintes:– permitir desgaste uniforme do anodo;– evitar o processo de autocorrosão do anodo, aumentando sua eficiência;– facilitar a retenção de umidade, para o caso de solos muito secos;– baixar a resistência de contato do anodo com o solo.

O material utilizado para o enchimento dos anodos galvânicos é uma mistura de gesso,bentonita e, às vezes, sulfato de sódio. A mistura pode ter diversas composições, dependendo daprincipal finalidade que se deseja. Para anodos de zinco, é comum uma mistura de 50% de gesso e50% de bentonita.

Em solos de resistividades elevadas, é conveniente o uso, também, de sulfato de sódio. Umacomposição típica seria 75% de bentonita, 20% de gesso e 5% de sulfato de sódio.Anodos de magnésio são encontrados no mercado já acompanhados do backfill, acondicionados emsacos de aniagem, quando se destinam a instalações enterradas.

6.2.3 Cabos Elétricos

Nos sistemas de proteção catódica as tensões envolvidas são baixas e, portanto, a classe detensão do isolamento não é um fator determinante na escolha dos cabos. Para o dimensionamentodos cabos, são observados, principalmente, os itens a seguir.

• Resistência Elétrica

É de fundamental importância que tenhamos baixa resistência nos cabos, visto que,sobretudo em sistemas galvânicos, dispomos de tensões muito baixas e qualquer parcela deresistência que se some ao circuito poderá ser significativa.

Por outro lado, nos sistemas galvânoicos, os anodos se encontram, na maioria das vezes,próximos às estruturas a proteger, o que nos leva a pequenos comprimentos de cabos e, portanto, sedevidamente dimensionados, a baixos valores de resistência.

• Condução de Corrente

As intensidades de correntes nos circuitos elétricos dos sistemas galvânicos são muitosbaixas e, nos casos mais freqüentes, os cabos de bitola 6 mm2 satisfazem plenamente, sendo muitoutilizados.

• Revestimento Isolante

É de fundamental importância a especificação adequada do revestimento dos cabos, para queos mesmos suportem as condições de trabalho exigidas. Tratando-se de baixas tensões e baixascorrentes, é prática usual instalar os cabos diretamente no solo.

A deterioração do revestimento pode acarretar a absorção de umidade que, atingindo asconexões, causa oxidação, introduzindo resistências adicionais indesejáveis no circuito.



Embora o problema de falha do revestimento seja bem mais grave nos sistemas por correnteimpressa (principalmente no cabo positivo), é de toda conveniência a especificação de cabos comrevestimento da melhor qualidade possível, até mesmo duplo, sobretudo quando se lançam osmesmos diretamente no solo ou em contato com água do mar.

6.2.4 Conectores Elétricos

É essencial, para sistemas de proteção catódica, uma perfeita continuidade elétrica docircuito. As conexões elétricas devem ser feitas preferencialmente por soldagem, desde queexeqüível, ou com o auxílio de conectores elétricos de tamanho adequado às bitolas dos cabos. Osconectores de pressão tipo parafuso fendido, ou equivalente, são satisfatórios, desde que bemajustados. É imprescindível que tais conexões sejam devidamente isoladas por meio de muflasisolantes apropriadas, para evitar contato direto com o solo ou com a água.

6.2.5 Caixas de Ligação ou de Passagem

Caixas de ligação ou de passagem podem ser previstas numa instalação galvânica com oobjetivo de facilitar diversas operações, tais como:– interligar duas estruturas a proteger, ou desconectar uma delas;– desconectar um ou mais anodos;– introduzir uma resistência no circuito, para reduzir a corrente injetada por um leito de anodos.

6.2.6 Resistores Elétricos

Com o objetivo de limitar a corrente injetada pelos anodos, quando se constata que talcorrente é demasiada, um recurso bastante usual é introduzir-se uma resistência de valor adequadono circuito. Utiliza-se, para isso, um resistor de valor fixo ou um reostato. Em sistemas galvânicos,tal prática é particularmente comum quando se utilizam anodos de magnésio.

6.2.7 Materiais Diversos

Além dos materiais descritos acima são também amplamente utilizados nos sistemas deproteção galvânica:– solda cadweld: usada para realizar soldagem de cabo elétrico numa estrutura de aço.Equipamento de fácil manuseio, pequenas dimensões, leve, excelente para aplicações no campo;– massa epoxi: usada para recobrimento de conexões cabo-estrutura, conferindo boa proteçãocontra oxidação;– fita isolante autovulcanizável e mufla isolante: usadas paa proteção e isolamente de conexões

elétricas;– eletrodutos (PVC ou aço galvanizado); usados sempre que as condições o exijam, para a

proteção dos cabos elétricos.

6.3 SISTEMAS POR CORRENTE IMPRESSA

6.3.1 Retificadores de Corrente

Sendo o equipamento fundamental de um sistema por corrente impressa, sua especificação,instalação, operação e manutenção devem ser as mais criteriosas possíveis para assegurar um bomdesempenho da proteção catódica.

As características principais de um retificador são apresentadas a seguir.



• Alimentação em C.A.

É definida em função da disponibilidade de energia no local da instalação. Utilizam-setensões de 110, 220 e 440V. Caso haja necessidade de uma maior flexibilidade, podem serespecificados retificadores que admitam mais de uma tensão de alimentação.Os retificadores podem ter alimentação trifásica ou monofásica. Os trifásicos fornecem umacorrente com melhores características de retificação e, além disso, um rendimento mais elevado,sendo mais caros que os monofásicos.

• Elementos Retificadores

Semi-condutores de silício ou de selênio são os materiais usados como elementosretificadores.Os retificadores de silício têm um tempo de vida maior que os de selênio, em condições normais.Além disso, mantêm quase inalteradas suas características elétricas ao longo do tempo, o que nãoocorre com os de selênio, cujo rendimento vai gradativamente se reduzindo. Todavia, o selênioresiste melhor a transientes de tensão e o silício exige maior sofisticação no circuito de proteção doselementos retificadores.

A grande m aioria dos retificadores de proteção catódica são fabricados com diodos desilício.

Figura 6.1 – Esquema elétrico de um retificador manual para proteção catódica.

• Sistemas de Refrigeração

São usados retificadores refrigerados a ar ou imersos em óleo.Os imersos em óleo são indicados para locais cuja atmosfera é muito agressiva, como no

caso de ambientes marítimos e, ainda, quando o local exige a instalação de equipamentos à prova deexplosão. Nos demais casos, usam-se os retificadores refrigerados a ar.



• Tensão e Corrente Contínua de Saída

A corrente contínua máxima que o retificador é capaz de fornecer é função da estrutura aproteger e é especificada em projeto.A tensão máxima de C.C. é função da corrente máxima e da resistência do leito de anodos.

A corrente contínua que o retificador fornece pode ser regulada, o que é conseguido pormeio da variação da tensão de saída do equipamento.Tal regulagem pode ser feita manualmente (retificadores manuais) ou automaticamente(retificadores automáticos). O funcionamento do controle de um retificador automático é função dopotencial estrutura/eletrólito próximo à estrutura, medida continuamente com o auxílio de umeletrodo de referência permanente de zinco, grafite ou Cu/CuSO4. Tal leitura é recebida numelemento sensor do retificador, o qual atua no sistema de regulagem, enviando mais ou menoscorrente, dependendo do potencial estrutura-eletrólito.

Seu objetivo, portanto, é manter constante tal potencial, num valor previamente fixado, quetambém é regulável.

Os retificadores automáticos são, assim, indicados para sistemas onde ocorra demandavariável de corrente, causada por agentes estranhos ao sistema.

Dois exemplos típicos de aplicação são os navios e as tubulações sujeitas a correntes deinterferência.

Figura 6.2 – Esquema elétrico de um retificador automático para proteção catódica.

Os retificadores manuais são usados em locais onde não temos variações na demanda decorrente. As regulagens, feitas normalmente por meio de taps, são esporádicas, apenas paracompensar o envelhecimento do revestimento ou o aumento de resistência dos leitos de anodos,fatores que sempre ocorrem ao longo do tempo.

6.3.2 Equipamentos de Drenagem

Os equipamentos de drenagem são normalmente instalados nos cruzamentos de tubulaçõesenterradas com estradas de ferro eletrificadas.Os equipamentos de drenagem podem ser de dois tipos, como a seguir.



• Equipamento de Drenagem Simples

Constituído, basicamente, por um diodo de silício (figura 6.3), conectado entre a tubulação eos trilhos da estrada de ferro, de forma que as correntes de interferência caminhem sempre nosentido tubulação/ferrovia, sendo bloqueadas em sentido inverso.

Esse equipamento é utilizado quando o potencial entre a tubulação e os trilhos é superior àtensão mínima de condução do diodo.

Figura 6.3 – Esquema elétrico de um equipamento de drenagem simples.

• Equipamento de Drenagem com Controle de Baixo Nível de Potencial

Esse equipamento possui uma chave montada em paralelo com o diodo, acionada por umsistema de controle (figura 6.4)

Ele é usado quando o potencial entre a tubulação e a ferrovia pode ser inferior à tensãomínima de condução do diodo. Quando a diferença de potencial tubo/trilho é muito baixa, a chavefecha e interliga diretamente o tubo ao trilho, permitindo a drenagem direta da corrente.

Figura 6.4 – Esquema elétrico de um equipamento de drenagem com baixo nível de potencial.



Tanto os retificadores quanto os equipamentos de drenagem podem, ainda, ser equipadoscom um dispositivo de proteção temporizada, para proteção automática dos seus circuitos.

6.3.3 Anodos Inertes

Os anodos usados em sistemas por corrente impressa diferem fundamentalmente dos anodosgalvânicos pelo fato de serem inertes, apresentando um desgaste bastante baixo e possuindo vidamais longa.As principais características desses anodos são apresentadas a seguir.

• Densidade de Corrente

É a corrente por unidade de área que pode ser usada na superfície do anodo (A/m2). Autilização de uma densidade de corrente acima da máxima recomendada pode causar desgasteiregular e acentuado, seguido de fratura do anodo. Em certos casos, pode ocorrer, também, oaparecimento de produtos isolantes na superfície dos anodos.Alguns tipos de anodos, como os de chumbo/antimônio/prata, precisam trabalhar com umadensidade de corrente acima de um valor mínimo, pois é necessário que se forme uma películasemi-isolante para evitar o seu desgaste prematuro.

• Desgaste do Anodo

Cada tipo de anodo possui uma taxa de desgaste (kg/A.ano) conhecida, quando opera dentrodo limite máximo de densidade de corrente. A taxa de desgaste de determinado tipo de anodoprecisa ser considerada para o cálculo da sua vida.

• Formato e Dimensões

A resistência elétrica de contato anodo/eletrólito é função do formato e das dimensões doanodo, além da resistividade elétrica do eletrólito.Uma vez definida a resistividade elétrica do eletrólito, a resistência de contato de cada anododependerá do seu formato e das suas dimensões. Um acréscimo no comprimento ou no diâmetro dosanodos cilíndricos, por exemplo, contribuirá para uma redução da resistência anodo/eletrólito, sendoque a influência do comprimento é bem maior que a do diâmetro.A tabela 6.2 apresenta os principais tipos de anodos inertes usados em sistemas por correnteimpressa.

TABELA 6.2Anodos Inertes para Sistemas por Corrente Impressa(1)

Densidade de corrente Desgaste médioAnodo recomendada (a/m2) (kg/A . ano)Grafite até 3 0,20Ferro/silício (Fe-Si) até 15 0,35Ferro/silício/cromo (Fe-Si-Cr) até 15 0,35(2)Chumbo/antimônio/prata (Pb-Sb-Ag) 50/100 0,10Titânio platinizado (Ti-Pt) até 1.000 desprezívelNióbio platinizado (Nb-Pt) até 700 desprezívelTântalo platinizado (Ta-Pt) até 1.100 desprezívelTitânio oxidado até 1.100 desprezívelMagnetita (Fe3O4) até 115 0,04Ferrita (0,4 MO . 0,6 Fe2O3) até 115 0,0004(3)Ferrita (0,1 Mo . 0,9 Fe2O3) até 115 0,002(3)



(1) Para dimensionamento, consultar a densidade de corrente e o desgaste recomendados pelo fabricante do anodo.(2) Desgaste em água do mar.(3) M pode ser Ni, Li, Co, Mg, Zn e Mn.

As principais aplicações, características e limitações dos anodos inertes são as seguintes:• Anodos de grafite – fabricados em barras circulares e tratados com parafinas ou estearatos.Recomendados para solos, água marinha não pofunda e água doce.• Anodos de ferro/silício (Fe-Si) – fabricados em barras circulares, mediante fundição, com teor desilício em torno de 16%. Recomendados somente para solos ou água com teor de cloreto inferior a60 ppm.• Anodos de ferro/silício/cromo (Fe-Si-Cr) – fabricados em barras circulares, mediante fundição,com teor de silício da ordem de 16% e teor de cromo não inferior a 4%. Recomendados para solos,água marinha, fundo do mar e água doce.• Anodos de chumbo/antimônio/prata (Pb-Sb-Ag) – fabricados em barras circulares, mediantefundição, com cerca de 6% de antimônio e 1% de prata. Recomendados somente para sereminstalados suspensos em água salgada, sem tocar o fundo do mar.• Anodos de titânio, nióbio ou tântalo platinizado (Ti-Pt, Ni-Pt ou Ta-Pt) – fabricados nosformatos de barrinhas, chapas, tubos ou telas, mediante a deposição eletrolítica de platina, ou porlaminaçao. Recomendados p ara solos, água doce, água do mar (excluindo o fundo do mar) econcreto (na proteção das armaduras de aço).• Anodos de titânio oxidado – fabricados nos formatos de barrinhas, chapas, fios, tubos ou telas,mediante revestimento eletrocatalítico do titânio à base de óxidos de metias nobres. Redomendadospara todas as aplicações, incluindo, também, a proteção das armaduras do concreto.• Anodos de magnetita (Fe3O4) – fabricados no formato de barras circulares, mediante fundiçãocom adição de pequenas quantidades de elementos de liga. Recomendados para solos, água doce eágua do mar.• Anodo de ferrita (Fe2O3) – fabricados no formato de barras circulares, quando o btidos porsinterização, ou em praticamente qualquer formato, quando obtidos pela pulverização a quente dosóxidos de ferrita sobre um substrato de titânio, nióbio ou tântalo. Recomendados para todas asaplicações.

Foto 6.4 – Anodo de titânio oxidado.



6.3.4 Enchimento (Backfill) Usados para os Anodos Inertes

O material clássico para enchimento, no caso de sistemas por corrente impressa, é a moinhade coque metalúrgico.

A resistividade do coque não deve ser superior a 50 ohm.cm, na compactação de 800 kg/m3.A granulometria é também de grande importância, a fim de assegurar uma grande superfície decontato com o anodo, bem como possibilitar uma boa compactação. Tem-se obtido excelentesresultados com uma granulometria em torno de 10 mm de diâmetro, embora projetistas europeusprefiram 3 mm.

Quando se tem um backfill bem compactado, anodo e backfill funcional como se fossem umanodo de dimensões externas idênticas às do backfill, com uma sensível redução da resistênciaanodo-solo. Além disso, o tempo de vida do anodo é bastante aumentado, pois o desgaste seprocessa pelo menos em parte no coque, e não somente no anodo propriamente dito.

A redução no desgaste do anodo pode prevista em torno de 50% para a densidade decorrente utilizada.

Em solos de resistividade mais elevada, pode ser adicional sal no coque, normalmentesulfato de sódio, mas também se admite cloreto de sódio. Por vezes, são previstos dispositivos quepermite a adição periódica de solução salina ao backfill.

Em solos sde resistividade bastante elevada ou extremamente secos, o coque e o anodopodem ser envolvidos com uma mistura de gesso a 25% e bentonita a 75%. As dimensões externasdessa camada variam, em geral, de 1 a 2 m de diâmetro. A essa mistura pode ser adicionado, ainda,sulfato de sódio.

A operação acima chama-se tratamento do solo, sendo comum obter-se com a mesma umaredução de 15% para furos de 1 m de diâmetro e 35% para furos de 2 m de diâmetro, sobre aresistência dos anodos calculada para um solo sem tratamento.

6.3.5 Cabos Elétricos

Nos sistemas por corrente impressa, as características que normalmente definem os caboselétricos a usar são os apresentados abaixo.

• Capacidade de Corrente

Particularmente importante nos sistemas de proteção de estruturas submersas, onde acorrente atinge normalmente 200 a 400 A.Em geral, em virtude da corrente debitada exigir bitola elevada, a resistência do cabo é parcelapequena da resistência total do circuito.

• Isolamento

São extremamente importantes as características de resistência química e mecânica dorevestimento dos cabos.

Nos sistemas por corrente impressa, a importância do isolamento é bem maior que nossistemas galvânicos. Isto porque, com corrente impressa, tem-se os cabos positivos ligando oretificador ao leito de anodos. Qualquer defeito no isolamento permitirá um contato direto do cabocom o eletrólito, passando a constituir um ponto de saída de corrente, com um conseqüente intensoprocesso de corrosão do cabo e, em curto intervalo de tempo, ocorre a sua “degola”. É interessanteobservar que no cabo negativo (bem como nos cabos dos sistemas galvânicos) o problema não é tãocrítico, visto que, nestes, a tendência é dos cabos serem protegidos catodicamente em casos deruptura do revestimento.O revestimento dos cabos deve ser de alta qualidade e, se possível, duplo, para 1.000V.



No caso de instalações marítimas, revestimentos de polietileno de alta densidade e alto pesomolecular são recomendáveis.

6.3.6 Juntas Isolantes.

São dispositivos usados em tubulações com a finalidade de isolar eletricamente dois trechosda linha. Com isso, consegur-se:– isolar eletricamente uma estrutura protegida de outra não protegida, evitando, assim, que acorrente atinga a estrutura que não se deseja proteger;– dividir uma estrutura a proteger em trechos isolados e, portanto, tratar cada trechoindependentemente do outro. Em certas circunstâncias, tal procedimento facilita a proteção.

As juntas isolantes convencionais são constituídas de juntas propriamente ditas, estojos paraparafusos e arruelas. O conjunto é montado em flanges.

A montagem de tais juntas é bastante delicada e deve ser executada por pessoalexperimentado, pois as menores imperfeições redundam num mau isolamento elétrico e aconseqüente perda de finalidade da junta isolante.

As limitações das juntas isolantes convencionais são as seguintes:– um pequeno desalinhamento dos flanges provoca o esmagamento do cartucho que envolve oparafuso, resltando na perda do isolamento;– o próprio movimento da tubulação, devido à dilatação térmica, é capaz de provocar a falha doisolamento.

Em conseqüência desses problemas foram desenvolvidos outros tipos de juntas isolantes,onde tais deficiências foram eliminadas.

Essas juntas (tipo Prochind) são prefabricadas e fornecidas com um pequeno trecho detubulação. Elas são inseridas na tubulação, sendo suas extremidades, em aço, soldadas no tubo.

Na especificação dessas juntas sdevem constar:– classe de pressão da linha;– diâmetro nominal da tubulação;– natureza do fluido transportado;– temperatura de trabalho.

Foto 6.5 – Juntas, cartuchos e arruelas para isolamento elétrico de uniões flangeadas.



6.3.7 Dispositivos de Proteção das Juntas Isolantes

Ao se instalar uma junta isolante é necessário prever um dispositivo de proteção contradescargas atmosféricas. Tal dispositivo pode ser um pára-raio, instalado em paralelo com a junta.

Quando se instala num pa de flanges uma junta convencional, é aconselhável envolver todoo conjunto, depois de instalado, com massa epóxi, para impedir a entrada de umidade.

É conveniente, quando se instala uma junta isolante, a previsão de uma caixa onde cheguemcabos soldados de um e de outro lado da junta, a fim de facilitar a retirada de operação da junta.Caso se torne necessário, basta conectar os bacos para eliminar o isolamento.

6.3.8 Caixas de Medição, Interligação e Pontos de Teste

As caixas de medição e interligação são usadas para receber cabos ligados a pontos diversos,permitindo que facilmente se faça a conexão ou desconexão desses pontos ou, ainda, se introduzaou retire uma resistência no circuito. Os pontos de teste são usados para permitir as medições dospotenciais tubo/solo, para o caso, por exemplo, de uma tubulação enterrada. Os pontos de testepodem ser do tipo aéreo ou em caixa instalada ao nível do piso.

Figura 6.5 – Esquema de instalação de uma junta de isolamento elétrico.



Foto 6.6 – Juntas prefabricadas instaladas para isolamentoelétrico de tubulações com proteção catódica.

Como exemplos típicos de aplicação, citamos os seguintes locais onde normalmente seinstalam essas caixas:– próximo às juntas isolantes;– cruzamento ou aproximação com tubulações estranhas;– locais de medição dos potenciais tubo/solo.

6.3.9 Resistores Elétricos

As aplicações típicas dos resistores elétricos em sistemas por corrente impressa são:– ligação de estruturas estranhas com a estrutura a proteger. Pode haver necessidade de se efetuartal ligação, todavia, uma ligação direta poderia acarretar uma perda grande de corrente para aestrutura estranha, com a conseqüente queda de potencial da estrutura a proteger. Introduz-se, então,nessa ligação, uma resistência de valor tal que atinja o ponto ideal de trabalho;– balanceamento da corrente injetada por mais de um leito de anodos supridos por um únicoretificador.



Foto 6.7 – Caixa de medição e interligação e ponto de teste do tipo aéreo.

Os resistores utilizados podem ser de resistência constante ou variável (reostatos).Em seu dimensionamento deve ser levada em conta a resistência, a potência e a corrente.

6.3.10 Materiais Diversos

São de uso freqüente nos sistemas por corrente impressa, além dos materiais descritosacima:– solda Cadweld, usada para soldar cabos elétricos em estrutura de aço;– placas de celeron, para isolar tubulações de seus suportes;– eletrodutos, para a proteção dos cabos elétricos;– massa epóxi, para isolamento das soldas Cadweld;– eletrodos de referência permanentes de zinco, grafite ou Cu/CuSO4, usados quando se desejauma medição permanente de potencial em determinado ponto.



CAPÍTULO 7Leitos de Anodos em Poços Profundos

7.1 INTRODUÇÃO

Com a crescente expansão da malha de estruturas metálicas enterradas, principalmentetubulações, tem se tornado cada vez mais difícil encontrar-se, especialmente em áreas urbanas,locais adequados à instalação de leitos de anodos convencionais. Essa situação pode facilmente sersuperada com a utilização de leitos de anodos em poços profundos. Nesse tipo de leito todos osanodos são instalados num mesmo furo, chamado de poço profundo, praticamente sem ocuparespaço. Em que pesem alguns pontos críticos inerentes ao seu funcionamento, esse procedimentovem sendo executado desde 1940 em diversos países, especialmente nos Estados Unidos. Opropósito desse capítulo é o de fornecer uma visão geral desse tipo de instalação.

7.2 TIPOS

Existem diferentes tipos de instalação de leitos de anodos em poços profundos. Os principaistipos utilizados podem ser classificados de acordo com os seguintes critérios:• Quanto ao meio onde ficam imersos os anodos:a) Sistema Aberto – os anodos ficam imersos num eletrólito aquoso.b) Sistema Fechado – os anodos são instalados envoltos por um enchimento condutor tipo

moinha de coque metalúrgico ou coque calcinado de petróleo.

• Quanto à possibilidade de recuperação do leito em caso de dano:a) Recuperável – em casos de mal funcionamento do leito, pode-se revitalizá-lo,

aproveitando-se o furo e materiais que estiverem em boas condições de uso.b) Não Recuperável – em caso de mal f uncionamento não pode ser recuperado, perdendo-se

tanto o furo quanto os materiais.

7.2.1 Estrutura Básica

Os leitos em poço profundo possuem a seguinte estrutura básica: uma área ativa, por onde éliberada a corrente de proteção e uma área inerte. O propósito da área inerte é o de tornar distante aárea ativa do leito, da estrutura protegida, evitando, assim, a ocorrência no solo de gradientessuperficiais de potencial. Na prática, a extensão dessa área varia de 15 a 30 m, podendo, em casosexcepcionais, chegar a valores superiores a 100 m. O comprimento da área ativa é função daresistência de aterramento do leito, da corrente liberada e do tipo de anodo utilizado.

7.2.2 Tubos e Trilhos-Sucata

Uma das alternativas mais simples para a instalação de um leito de anodos em poçoprofundo está no uso de tubos e trilhos-sucata. Nesse caso, a área inativa é obtida por intermédio daaplicação de um revestimento à superfície metálica, sendo comum revestir-se, também, uma estreitatira vertical ao longo da superfície ativa, com o propósito de retardar-se o seccionamento do tubo outrilho-sucata. Esse tipo de sistema deve ser dimensionado considerando-se um desgaste de 10kg/A.ano para o aço. O sistema deixará de funcionar adequadamente após o seccionamento. Pode-se, opcionalmente, instalar no interior do tubo-sucata anodos envoltos por enchimento condutor.Assim, após o seccionamento do tubo, o leito continuará funcionando por intermédio dos anodos.Nesse caso é necessário prover o leito com um vent para reduzir-se o risco de bloqueio por gases. Afigura 7.1 mostra o esquema básico desse tipo de instalação.



Figura 7.1 – Leito de anodos em poço profundo com tubo-sucata.

7.2.3 Sistemas Não Recuperáveis.

Os sistemas não recuperáveis são do tipo sistema fechado, isto é, os anodos são instaladosocm um enchimento condutor. Apresentam a desvantagem de não poderem ser recuperados em casode falha de algum componente, ou bloqueio por gases. Por outro lado, são de instalação maissimples e não requerem o uso de materiais especiais. A figura 7.2 mostra o esquema básico deinstalação desse tipo de sistema. Para reduzir o risco de ocorrerem problemas que inutilizem o leito,pode-se utilizar um anodo contínuo, conforme indicado na figura 7.3.



Figura 7.2 – Leito de anodos em poço profundo, do tipo sistema fechado com anodos múltiplos.

Figura 7.3 – Leito de anodos em poço profundo, do tipo sistema fechado com anodo contínuo.



7.2.4 Sistemas Recuperáveis

Os sistemas recuperáveis foram criados com o propósito de permitir-se a recuperação doleito de anodos, em caso de falha. Com essa alternativa, elimina-se o risco de perder-se oinvestimento gasto com a instalação. Os sistemas recuperáveis podem ser do tipo sistema aberto ousistema fechado.

a) Sistema Aberto

Nesse tipo de sistema os anodos são suspenso dentro do poço e imersos num eletrólitoaquoso. Os anodos podem ser facilmente retirados a qualquer tempo e, se necessário, substituídos.Em algumas instalações, após concluída a perfuração, o poço tem suas paredes impermeabilizadas eé enchido com água salgada. Caso necessário, para evitar-se o desmoronamento do poço, pode serusada uma camisa não-metálica perfurada.

b) Sistema Fechado

Nos últimos anos foram patenteados diversos sistemas fechados substituíveis, todos com amesma característica básica; é possível, a qualquer tempo, retirar-se os materiais de dentro do poço,sem danificar a perfuração, substituir os deteriorados e repor o leito em funcionamento, numaoperação que não demora mais de dois dias de serviço normal. A figura 7.4 mostra o esquemabásico de dois desses sistemas.

Figura 7.4 – (A) Leito de anodos em poço profundo do tipo recuperável (1º exemplo). (B) Leito de anodos em poço profundo do tipo recuperável (2º exemplo).



7.3 VANTAGENS E DESVANTAGENS

Os leitos em poço profundo possuem vantagens e desvantagens em relação aos leitossuperficiais. A principal vantagem é que podem ser instalados em locais onde não haja espaçodisponível para a instalação dos leitos tradicionais. Por outro lado, a grande desvantagem está napossibilidade do leito vir a falhar precocemente, devido à elevação da resistência de aterramentocausada por bloqueio de gases provenientes das reações anódicas, ou devido a defeitos dosmateriais utilizados. As principais vantagens e desvantagens estão resumidas a seguir.

7.3.1 Vantagens

a) Não estão sujeitos às limitações de natureza geográfica, topográfica e física, como os leitosconvencionais.

b) Praticamente eliminam a necessidade de desapropriações, pois os leitos podem serinstalados dentro da faixa de domínio da estrutura protegida.

c) Podem ser utilizados em áreas congestionadas, para evitar a ocorrência no solo de fortesgradientes superficiais de potencial, que seriam provocados caso se usasse um leitoconvencional.

d) Podem ser usados para obter-se um baixo valor de aterramento em locais cujo solo apresenteelevados valores superficiais de resistividade elétrica e baixos valores nas camadas maisprofundas.

e) Em alguns casos, permitem uma melhor e mais eficiente distribuição da corrente deproteção.

f) Estão menos sujeitos a danos decorrentes de escavações ou atividades agrícolas.g) São menos sujeitos a alterações da resistência de aterramento causadas por flutuações

sazonais nos valores da resistividade elétrica do solo.

7.3.2 Desvantagens

a) Em alguns tipos de montagem, são suscetíveis ao fenômeno de bloqueio por gases, queeleva substancialmente a resistência do leito, reduzindo expressivamente sua vida útil. Nessecaso, se a instalação for do tipo sistema fechado não recuperável, é necessário instalar-se umnovo leito, abandonando-se o antigo.

b) Em caso de dano dos seus componentes, tais como anodos e cabos, poderá, também, sernecessário instalar-se um novo leito.

c) Os custos de instalação são muito superiores aos dos leitos convencionais.d) Os testes de injeção de corrente são de difícil execução prática.e) Em alguns casos devem ser complementados por leitos convencionais, que terão o propósito

de proteger as estruturas, ou partes da estrutura, não atingidas pela corrente de proteção.Convém observar que o mesmo acontece com os leitos convencionais instalados de formaremota para a proteção de estruturas situadas em áreas congestionadas.

f) É difícil obter-se uma boa compactação do enchimento condutor. A má compactação ou aausência localizada desse material pode provocar um desgaste acelerado dos anodos. Osenchimentos de alta densidade e granulometria adequada podem ser usados para melhorarsignificativamente a compactação.

g) Em sistemas abertos, às vezes é necessário instalar-se uma camisa não metálica para impediro desmoronamento do furo.

h) Os sistemas abertos requerem uma profundidade adicional, para depósito de sedimentos.i) Os sistemas abertos requerem a presença permanente de um eletrólito aquoso.j) É extremamente difícil avaliar-se previamente e com exatidão o desempenho esperado para

o leito.



7.4 PROJETO

Os principais parâmetros necessários ao projeto de um leito de anodos em poço profundosão os seguintes:a) local de instalação;b) corrente mínima de proteção;c) valor máximo admitido para a resistência da cama;d) vida útil prevista para o sistema;e) resistividade elétrica no local do leito;f) seleção de materiais;g) profundidade máxima permissível.A determinação dos parâmetros b, c e d é feita de forma análoga ao descrito no capítulo 5. Osdemais parâmetros merecem os comentários abaixo.

7.4.1 Escolha do Local para a Cama

Devem ser consultados todos os dados disponíveis quanto à estratificação das propriedadesdo solo na região escolhida. Caso os dados disponíveis sejam insatisfatórios, é necessário fazer-seum furo exploratório. Nesse caso, pode-se obter um perfil de resistência elétrica da perfuração, como auxílio de um instrumento tipo Megger e um eletrodo de corrente.

7.4.2 Resistividade Elétrica do Solo

A resistividade elétrica do solo pode ser determinada, conforme indicado no capítulo 3, pelométodo dos 4 pinos (Método de Wenner). Para grandes espaçamentos, os valores de resistênciaencontrados serão muito baixos, sendo, portanto, necessário utilizar-se instrumentos de mediçãoadequados a essa condição. Para uma melhor análise, os valores obtidos poderão ser estratificadosgraficamente ou com o auxílio de um computador.

Em regiões sujeitas a interferência, sobretudo pela presença de tubulações metálicasenterradas, e limitações de espaõ, não será possível utilizar-se o Método de Wenner. Nesse casodeverá ser feito um levantamento do perfil da resistência do local previsto para a instalação do leito.

7.4.3 Seleção de Materiais

A correta seleção dos materiais é um dos fatores primordiais para assegurar-se um bomdesempenho do leito. Deve-se ter em mente que, em geral, quanto menor for a quantidade demateriais dentro do poço, menoes serão as possibilidades de ocorrer uma falha prematura. Tendo-seem vista o alto custo de instalação e manutenção, é essencial que seam escolhidos materiais deexcelente qualidade, que apresentem bom desempenho no ambiente de instalação. Em geral,recomendam-se os seguintes cuidados mínimos:

• Anodos

Quase todos os anodos inertes de proteção catódica podem ser utilizados. É essencial que asconexões dos cabos elétricos aos anodos sejam muito bem isoladas contra a penetração de umidade.Não devem ser feitas conexões entre cabos elétricos no interior do leito, devendo-se trazer o cabode cada anodo até a supefície, onde serão interligados por intermédio de uma caixa de junção decabos. O tipo de anodo escolhido deve ser adequado ao tipo de enchimento condutor e ao meioambiente do local de instalação.

Outro ponto crítico está na liberação excessiva de corrente, o que pode acarretar o bloqueiode um ou mais anodos por gases, ou um desgaste acelerado dos anodos.



Um cuidado importante que deve ser tomado é a escolha de um sistema adequado para abaixamentoe suporte dos anodos.

• Cabos elétricos dos anodos

Os cabos elétricos devem ser selecionados, principalmente, em função do meio ambienteonde será instalado o leito. O ponto crítico está na seleção do tipo de isolamento. O problema maiscomum de falha dos cabos elétricos tem sido a quebra do isolamento por ação de gases halógenos eoutros gases corrosivos. Em locais com presença de íons halógenos, deve ser especificado umisolamento quimicamente resistente a esse fenômeno.

Convém mencionar que o isolamento do tipo polietileno de alto peso molecular, muitoutilizado nos leitos convencionais, não é quimicamente resistente aos gases halógenos e outrosgases corrosivos.

Na escolha do tipo de isolamento devem ser consideradas, também, as seguintescaracterísticas:– propriedades dielétricas;– resistência à abrasão;– ponto de ruptura por tensão.

Um outro item que merece destaque especial é a quantidade de cabos dentro do leito. Quantomaior for essa quantidade, tanto maior será o risco de que ocorram danos aos cabos, provocadospela evolução de gases corrosivos. Deve-se, portanto, limitar a quantidade de cabos ao mínimopossível.

• Enchimento condutor

Um dos pontos críticos em relação ao enchimento condutor está na dificuldade de executar-se uma boa compactação, o que pode ser facilitado pelo uso de um material de peso específicoelevado. O uso de enchimento com grãos de formatos iregulares pode danificar os equipamentos emangueiras de bombeio, além de provocar vazios que podem comprometer o bom funcionamentodo leito. Em locais sujeitos à evolução de gases, o enchimento condutor deve fornecer um meiopermeável à dissipação desses gases.

• Eletroduto para ventilação

A princípio, todas as instalações do tipo sistema fechado devem ter um eletroduto perfuradopara ventilação dos gases produzidos pelo leito. O material desse eletroduto deve ser imune aoataque de gases corrosivos.

• Camisas

Camisas metálicas e não-metálicas são utilizadas para controlar problemas comodesmoronamento do leito e liberação indesejável de corrente.As camisas metálicas podem ser utilizadas desde que seu uso não resulte numa liberaçãoindesejável de corrente junto à superfície.

As camisas de metal não-metálico (tais como asbestos, cimentos e termoplásticos), quandoinstaladas junto à parte ativa do leito, devem ser perfuradas de forma a garantir o contato doenchimento com o eletrólito.

• Caixa de junção de cabos elétricos

Os cabos provenientes dos anodos devem ser agrupados numa caixa de junção de cabos,instalada ao nível do solo, próxima ao retificador. A caixa deverá permitir a medição e o controle,



por meio de resistências, da corrente liberada por cada anodo. As entradas dos eletrodutos deverãoser seladas para impedir a penetração de gases, e a caixa, se feita de material metálico, deve seraterrada eletricamente.

7.4.4 Profundidade Máxima Admissível

Esse parâmetro é determinado em função dos dados obtidos durante o levantamento decampo e/ou sondagem.

7.4.5 Procedimento para o Dimensionamento

O dimensionamento pode ser feito seguindo-se os seguintes passos:a) Determinação do diâmetro do leito

Normalmente, o diâmetro é fixado em função do tipo de instalação escolhida e dos materiaisempregados. Na prática, são utilizados diâmetros entre 15 e 30 cm, sendo mais comuns os de 20 a25 cm..

b) Determinação da quantidade de anodosA quantidade de anodos é determinada, conforme visto no capítulo 5, em função de fatores

como o meio ambiente da instalação, a corrente de projeto, o tamanho, formato, peso e densidade decorrente na superfície do anodo, o enchimento condutor usado, a resistência de aterramentodesejada, a vida útil necessária e o comprimento da parte ativa do leito.

c) Distribuição dos anodos dentro da parte ativaA distribuição dos anodos dependerá do tipo escolhido, da sua quantidade e do tipo de

instalação e deve ser feita de forma criteriosa, para evitar a ocorrência de problemas durante ainstalação e falha precoce durante a operação.

d) Determinação do comprimento da parte ativa do leito (La)O valor a ser adotado deverá ser igual ou superior aos seguintes valores:

– comprimento mínimo necessário à instalação completa dos anodos e demais acessórios da parteativa do leito;

– comprimento mínimo necessário para atender à resistência de aterramento prevista.O cálculo da resistência de aterramento pode ser feito da seguinte maneira:

πρ

= 1–D

La4n

La2R l

onde:R = resistência (ohm);ρ = resistividade elétrica do solo (ohm . cm);La = comprimento total da parte ativa do leito (cm);D = diâmetro do leito (cm).

Para facilitar os cálculos pode-se utilizar o ábaco da figura 7.5, que fornece a resistência deaterramento em função do comprimento da parte ativa, para um eletrólito de 1.000 ohm . cm, deresistividade elétrica e um diâmetro de 20 cm. Para outros diâmetros, os valores obtidos podem serusados como uma primeira aproximação. Para outros valores de resistividade elétrica do eletrólito, aresistência de aterramento é proporcional.



e) Determinação do comprimento da parte inativa do leito (Li)

O comprimento da parte inativa (Li) é determinado em função das necessidades dedistribuição da corrente de proteção e das características do solo na região. Esse último parâmetrotorna-se preponderante quando as formações de baixa resistividade estão localizadas a grandesprofundidades.

f) Comprimento total do leito

O comprimento total do leito será a soma dos comprimentos da parte ativa (La) e inativa(Li).

Figura 7.5 – Resistência de aterramento de um leito em poço profundo emfunção do comprimento da parte ativa, considerando um eletrólito

de 1.000 ohm . cm e um diâmetro de 20 cm.

7.5 MONTAGEM

Os procedimentos de montagem dependem do tipo de sistema a ser instalado, dos materiaisescolhidos, do local de instalação, dos equipamentos utilizados e da experiência prévia domontador. Em qualquer caso, devem ser estabelecidos procedimentos rigorosos para evitar-se aocorrência de defeitos de montagem. Em instalações do tipo sistema fechado, a perda do leitoacarretará em elevado ônus, correspondente a uma nova montagem.

7.6 ENERGIZAÇÃO

Durante a energização torna-se muito importante controlar-se a corrente liberada por cadaanodo que, em hipótese alguma, deve superar a capacidade de corrente do mesmo. Caso necessário,



devem ser utilizadas resistências para controlar a corrente injetada. Os valores finais obtidos devemser arquivados para futuras comparações.

7.7 OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO

Os procedimentos de energização, operação e manutenção dos sistemas de proteção catódicacom leitos de anodos em poço profundo são, na sua maioria, análogos aos utilizados nos sistemastradicionais. Alguns procedimentos adicionais são os mencionados a seguir.

7.7.1 Problemas Usuais Durante a Operação e Manutenção

Em sistemas fechados, o principal problema costuma ser o bloqueio por gases corrosivos,devido à ventilação inadequada. Esse processo inicia-se, normalmente, pelo anodo mais profundo,progredindo em direção à superfície. Nesse caso, o problema às vezes pode ser corrigido por meiode injeção de água ou de ar, através do eletroduto de ventilação ou desintupindo-se o mesmo com oauxílio de um tubo de menor diâmetro ou com uma vareta. Outro recurso também utilizado consisteem alterar-se as correntes liberadas pelos anodos ou em desligar-se, provisoriamente, o anodoafetado. Caso o sistema seja do tipo não-recuperável, o problema poderá evoluir até o ponto ondeter-se-á que abandonar o leito e instalar um novo. Em leitos recuperáveis, o problema poderá sersanado, substituind-se os materiais danificados.

Outro problema que ocorre é devido a alterações na umidade do solo em contato com a parteativa da cama, causadas por diminuição do nível hidrostático. Isso resulta num crescente aumentoda resistência de aterramento do leito, e normalmente afeta primeiro os anodos mais superficiais,progredindo em direção aos anodos mais profundos. Esse problema às vezes é corrigido injetando-se água no poço.As principais causas de falha precoce são as seguintes:– seleção inadequada dos materiais;– defeitos de fabricação;– dano mecânico durante o manuseio ou instalação;– procedimentos inadequadas de montagem, energização ou operação.

7.7.2 Registros

O desempenho do leito deve ser constantemente verificado, anotando-se os valores decorrente liberados por cada anodo, bem como os valores das resistências de calibração utilizadas.Esses dados serão de fundamental importância na avaliação de qualquer problema que venha aocorrer com o leito de anodos.

7.8 CONCLUSÕES

O uso de leito de anodos em poço profundo é uma alternativa viável para superardificuldades não solucionáveis pelo uso de camas convencionais.Devido às suas limitações, em particular o risco de bloqueio por gases e o alto custo inicial, seu usodeve ser limitado aos casos onde não seja possível utilizar-se um leito convencional.



CAPÍTULO 8Inspeção e Manutenção de Sistemas de Proteção Catódica

8.1 INTRODUÇÃO

Para serem eficientes, os sistemas de proteção catódica precisam ser inspecionados com umacerta freqüência e reparados sempre que necessário, de modo a manter as tubulações ou estruturaspermanentemente energizadas, com potenciais suficientemente negativos em relação ao solo ou àágua, dentro dos limites de proteção catódica.

Dessa maneira, os seviços periódicos de inspeção e os trabalhos de manutenção, precisamser executados com critério, por técnicos devidamente treinados, de modo que os sistemas deproteção sejam mantidos operando com eficiência, ao longo dos anos.

8.2 COMPONENTES DE UM SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA

Os componentes básicos de um sistema de proteção catódica, para cada tipo de instalaçãometálica enterrada ou submersa, são os apresentados a seguir.

8.2.1 Para Tubulações Enterradas

Os sistemas de proteção catódica para tubulações enterradas são os mais encontrados na prática.Esses sistemas podem ter todos ou parte dos seguintes componentes:– retificadores de corrente, utilizados para converter a corrente alternada de alimentação elétrica

em corrente contínua, de modo a injetá-la na tubulação, via anodos e solo;– leitos de anodos inertes, com a finalidade de injetar no solo a corrente contínua liberada pelo

retificador. O leito de anodos é sempre ligado ao pólo positivo do retificador, uma vez que onegativo é ligado na tubulação;

– pontos de teste, para permitir a medição dos potenciais tubo/solo, com o auxílio de umvoltímetro e uma meia-célula de referência, de Cu/CuSO4;

– caixas de medição e interligação (M.I.), que sevem para interligar eletricamente duas ou maistubulações. Essas interligações podem ser feitas ou diretamente ou por meio de um resistorelétrico;

– juntas de isolamento elétrico que, instaladas em uniões flangeadas, têm a finalidade de limitareletricamente a tubulação protegida. As juntas de isolamento possuem, normalmente, umdispositivo para sua proteção contra transientes elétricos na tubulação;

– dispositivos de drenagem, usados somente quando a tubulação cruza ou se aproxima de viasférreas eletrificadas. Esses dispositivos devolvem para a via férrea as correntes de fuga captadasao longo da tubulação;

– leitos de anodos galvânicos, usados no lugar dos anodos inertes dos sistemas de correnteimpressa, quando a tubulação tem comprimento muito pequeno e bom revestimento,necessitando de pouca corrente para sua proteção. Os leitos de anodos galvânicos são usados,algumas vezes, como auxiliares na drenagem de correntes de fuga para o solo, em locais ondenão é possível instalar-se um dispositivo de drenagem (locais onde não existe proximidade datubulação com a via férrea, por exemplo).



8.2.2 Para Tubulações Submersas

As tubulações submersas, na maioria das vezes, são protegidas catodicamente com o auxíliode sistemas galvânicos, mediante a instalação de anodos de sacrifício, sob a forma de braceletes,distribuídos ao longo da tubulação.Em alguns casos, dependendo das características da tubulação, são usados sistemas por correnteimpressa, semelhantes aos utilizados para as tubulações enterradas.

8.2.3 Para Fundos de Tanques de Armazenamento

As partes externas, em contato com o solo, dos fundos dos tanques de armazenamento depetróleo e derivados são protegidas normalmente com sistemas por corrente impressa, utilizando-seos seguintes componentes:– retificadores de corrente;– leitos de anodos inertes.

Os tanques de armazenamento de pequeno diâmetro não necessitam de pontos de teste, uma vezque as medições dos potenciais tanque/solo são feitas diretamente na própria borda do tanque. Paraos tanques de grande diâmetro, utilizam-se eletrodos permanentes de referência, instalados antes daconstrução, sob o fundo de cada tanque.

As pates internas dos fundos dos tanques que armazenam petróleo com lastro de água sãoprotegidas com anodos galvânicos, soldados internamente no fundo do tanque.

8.2.4 Para Estacas de Aço Cravadas no Mar

Os sistemas de proteção catódica para as estacas de aço, cravadas no mar, dos piers de atracaçãode navios empregam, normalmente, os componentes seguintes:– retificadores de corrente;– leitos de anodos inertes;– pontos de teste;– anodos galvânicos, que são utilizados, em alguns casos, onde não há indicação para o sistema de

corrente impressa.

8.2.5 Plataformas de Petróleo

As plataformas de petróleo são protegidas catodicamente, na maioria das vezes, com auxíliode anodos galvânicos, mediante fixação por meio de solda da alma do anodo aos componentes deaço da plataforma, em suas partes submersas. As plataformas de petróleo podem, também, serprotegidas com os sistemas por corrente impressa.

8.2.6 Armaduras de Aço das Obras de Concreto

As armaduras são protegidas com os sistemas por corrente impressa, mediante a utilizaçãode anodos especiais.

8.3 ORIENTAÇÃO PARA OS SERVIÇOS DE INSPEÇÃO E MANUTENÇÃO

Os serviços rotineiros sde inspeção e manutenção, necessários aos sistemas de proteçãocatódica, variam de sistema para sistema e dependem das características de cada estrutura metálicaprotegida.

Uma orientação geral para a execução desses serviços nas instalações de proteção catódicamais comuns é a apresentada a seguir.



8.3.1 Tubulações Enterradas Protegidas com Sistema Galvânico

– Inspecionar os leitos de anodos, com medições de corrente e do potencial anodo/solo. Afreqüência dessa inspeção pode variar de 6 meses a 2 anos, dependendo do comportamento dospotenciais tubo/solo da tubulação.

– Reparar o leito de anodos sempre que houver necessidade.– Medir os potenciais tubo/solo e inspecionar os pontos de teste pelo menos uma vez por mês,

cuidando para mantê-los limpos e em condições de uso.– Inspecionar e testar as juntas de isolamento elétrico pelo menos uma vez por mês e repará-las

sempre que houver necessidade, de modo a mantê-las operando com eficiência.– Manter fichas de controle de operação do sistema, mediante anotações dos potenciais medidos e

dos serviços de reparos executados.

8.3.2 Tubulações Enterradas Protegidas com Sistema por Corrente Impressa

– Inspecionar os retificadores pelo menos uma vez por mês, incluindo o seu circuito dealimentação elétrica. Em tubulações influenciadas por correntes de fuga, a freqüência deinspeção dos retificadores precisa ser maior, com inspeções semanais, em alguns casos, ou atémesmo diárias, em outros, dependendo da complexidade do sistema e das características deatuação das correntes de fuga. Nesses casos, torna-se necessário, também, inspecionar osequipamentos de drenagem com a mesma freqüência dos retificadores, incluindo a inspeção dasligações com os trilhos da via férrea.

– Reparar os retificadores e as drenagens sempre que necessário, cuidando para mantê-los limpose em perfeitas condições de uso.

– Testar, por meio de instrumentos, as condições de operação dos leitos de anodos. Esses testesdevem ser executados com a mesma freqüência da inspeção dos retificadores.

– Reparar os leitos de anodos sempre que necessário, de modo a mantê-los operando comeficiência.

– Medir os potenciais tubo/solo e inspecionar os pontos de teste e as caixas M.I. pelo menos umavez por mês, cuidando para mantê-los limpos e em perfeitas condições de uso.

– Inspecionar e testar as juntas de isolamento elétrico pelo menos uma vez por mês, cuidando paramantê-las em perfeitas condições de operação.

– Regular o sistema, sempre que houver necessidade.– Manter fichas de controle de operação do sistema, mediante anotações das oondições de

funcionamento dos retificadores, das drenagens, dos potenciais tubo/solo medidos e dosserviços de reparos e regulagens executados.

8.3.3 Fundos de Tanques de Armazenamento

– Inspecionar os retificadores mensalmente, cuidando para repará-los sempre que necessário emantê-los em perfeitas condições de uso.

– Reparar os leitos de anodos sempre que forem danificados por eventuais serviços de escavaçãona área, ou por outro tipo de acidente.

– Medir os potenciais tanque/solo pelo menos uma vez por mês.– Regular o sistema sempre que necessário.– Manter fichas de controle de operação do sistema, mediante anotações das condições de

funcionamento dos retificadores, das drenagens, dos potenciais tubo/solo medidos e dosserviços de reparos e regulagens executados.

8.3.4 Estacas Metálicas de Piers de Atracação de Navios com Sistema por Corrente Impressa



– Inspecionar os retificadores quinzenalmente, cuidado para repará-los sempre que necessário emantê-los em perfeitas condições de uso.

– Inspecionar e testar os anodos inertes do sistema sempre que forem notadas alteraçõesimportantes na resistência elétrica do circuito de proteção catódica.

– Reparar os anodos e as inteligações elétricas sempre que necessário, cuidando para mantê-losem operação normal.

– Medir os potenciais estaca/água pelo menos uma vez por mês.– Regular o sistema sempre que necessário.– Manter fichas de controle de operação do sistema, mediante anotações das condições de

operação dos retificadores, dos potenciais estaca/água, bem como dos reparos e regulagensexecutados no sistema.

8.3.5 Plataformas de Petróleo com Sistema por Anodos Galvânicos

Para as estruturas marítimas offshore as medições dos potenciais são mais complicadas,devendo ser executadas por inspetores-megulhadores ou por veículos submarinos (RCV ou mini-submarinos). Os inspetores, nesse caso, precisam ser qualificados pela sociedade classificadora daplataforma. A tarefa é difícil de ser executada e o seu custo é bastante alto. Por isso mesmo, afreqüência das inspeções é um pouco dilatada, sendo determinada de acordo com as exigências dassociedades classificadoras. A DNV e o LLOYD, por exemplo, exigem que as inspeções sejamanuais.A primeira inspeção, entretanto, é a mais importante, uma vez que através dela ficamos sabendo seo projeto, a fabricação dos anodos e a montagem do sistema foram executados corretamente, e se aplataforma encontra-se protegida catodicamente

Para evitar gastos excessivos e dificuldades nas inspeções e medições com o auxílio detécnicas submarinas, estão sendo usados, para as plataformas mais modernas, os sistemas demonitoração que permitem a obtenção de informações sobre o desempenho dos anodos e sobre osvalores dos potenciais, sem a necessidade do uso dos inspetores-mergulhadores ou de equipamentossofisticados, uma vez que as informações são colhidas em instrumentos de medição instalados emum painel na própria plataforma.

8.3.6 Armaduras de Aço do Concreto

– Inspecionar os retificadores mensalmente, cuidando para mantê-los em operação normal.– Medir os potenciais aço/concreto pelo menos uma vez por mês.– Manter fichas de controle de operação do sistema.

8.4 CONCLUSÃO

Os sistemas de proteção catódica são indispensáveis para a conservação das instalaçõesmetálicas enterradas, submersas ou embutidas no concreto.Para serem eficientes, os sistemas de proteção catódica precisam ser mantidos em operaçãopermanentemente, necessitando inspeções periódicas e reparos eventuais, que devem ser executadoscom rigor e por meio de técnicos treinados.

Recomenda-se que esses serviços sejam executados com todo o cuidado pelas equipesresponsáveis pela operação das instalações metálicas enterradas ou submersas de cada companhia,ou mediante contratação de firma especializada, quando a empresa não dispuser de técnicos comtreinamento específico em proteção catódica.



CAPÍTULO 9Revestimentos Protetores para Instalações Metálicas Enterradas e Submersas

9.1 INTRODUÇÃO

Os revestimentos protetores são empregados em estruturas metálicas enterradas ousubmersas, com a finalidade específica de formar uma barreira isolante entre o material metálico e oeletrólito (solo ou água), para combater a corrosão.

Os processos corrosivos das estruturas enterradas ou submersas ocorrem quando as correntesdas pilhas de corrosão fluem para o solo ou para a água, abandonando o material metálico.

Os revestimentos são usados para reduzir o fluxo de corrente das pilhas e diminuir acorrosão, que cessaria totalmente se fosse possível a obtenção de um revestimento perfeito, com100% de eficiência.

Os revestimentos possuem sempre poros e são danificados com certa facilidade, adquirindofalhas que, associadas à absorção de umidade, permitem o funcionamento da spilhas de corrosão.Para complementar a proteção parcial do revestimento, utiliza-se, então, um sistema de proteçãocatódica, cujo fluxo de corrente, proveniente dos anodos galvânicos ou dos retificadores, penetranos poros e falhas da camada isolante, bloqueia as correntes de corrosão e elimina totalmente oprocesso corrosivo, conforme mostrado na figura 9.1.

Figura 9.1 – A proteção catódica protege os poros e as falhas dos revestimentos.

Pela análise da figura 9.1 pode-se concluir que, quanto maior o número de falhas do revestimento,maior será a quantidade de corrente requerida para a proteção catódica integral da tubulação. Énecessário, portanto, que os revestimentos protetores sejam especificados adequadamente para aobtenção da maior eficiência possível.Serão discutidas, no presente capítulo, as principais técnicas de aplicação dos revestimentos,utilizados normalmente na proteção de estruturas enterradas ou submersas.



9.2 CARACTERÍSTICAS NECESSÁRIAS A UM REVESTIMENTO

Um bom revestimento protetor para as instalações metálicas enterradas ou submersas deveter as seguintes características principais:

• Resistência à águaEssa característica evita a absorção de umidade pelo revestimento, garantindo, assim, a sua

capacidade de isolamento elétrico.

• Resistência elétricaImpedindo a absorção de umidade e possuindo boas características dielétricas, o

revestimento tende a isolar o material metálico do eletrólito, minimizando a passagem das correntesde corrosão.

• Adesão ao material metálicoEssa característica depende basicamente de boa limpeza da superfície a proteger e, uma vez

obtida, assegura vida mais longa ao revestimento.

• Resistência a produtos químicosUm revestimento quimicamente inerte tem condições de manter sua capacidade protetora

por mais tempo, sendo essa característica muito importante para o prolongamento de sua vida.

• Resistência aos impactosDevido aos impactos a que os revestimentos são submetidos durante o manuseio, transporte

e instalação da estrutura metálica, torna-se necessário que eles sejam os mais resistentes possíveis,para que não sejam danificados com facilidade.

• Resistência às ações mecânicas do soloDevido às contrações e expansões dos solos, torna-se necessário que os revestimentos

utilizados em tubulações enterradas possuam, também, essa característica.

• Estabilidade sobre os efeitos de variações de temperaturaEssa característica é desejável, principalmente para regiões com grandes variações de

temperatura, não muito comuns aqui no Brasil.

• DuctibilidadeEssa propriedade consiste na capacidade dos revestimentos de absorverem as tensões e os

esforços a que são submetidas as estruturas revestidas.

• DurabilidadeÉ resultante da obtenção de todas as características acima e de grande importância para a

vida da estrutura metálica.

• Fácil aplicaçãoPor razões óbvias, o revestimento protetor deve ser, tanto quanto possível, de fácil aplicação.



9.3 REVESTIMENTO PARA TUBULAÇÕES ENTERRADAS

Muitos tipos de revestimentos podem ser aplicados para a proteção das tubulaçõesenterradas, sendo mais utilizados os seguintes:– esmalte de piche de carvão (coal tar enamel);– esmalte de asfalto de petróleo (asphalt enamel);– fitas plásticas de cloreto de polivinila (PVC), polietileno ou poliéster;– espuma rígida de poliuretana;– tintas betuminosas (coal tar epóxi e alcatrão epóxi).

9.3.1 Revestimento à Base de Esmalte de Piche de Carvão

O revestimento à base de esmalte de piche de carvão (coal tar) é o mais utilizado e oapresenta melhor desempenho para as tubulações de aço enterradas.Esse revestimento é aplicado a quente, segundo as seguinte etapas (figura 9.2).1ª etapa: Limpeza cuidadosa da superfície metálica do tubo por intermédio de escovas de açoou jateamento de areia. Essa operação é de extrema importância para a perfeita adesão dorevestimento ao tubo.2ª etapa: Aplicação de uma pintura base ou primer, compatível com o esmalte de piche decarvão. Os mais mais indicados para esse primer são tintas que constituem-se de uma solução decoal tar pigmentada com óxido de ferro e/ou óxido de chumbo.3ª etapa: Aplicação de uma camada mínima de 3/32” do esmalte de piche de carvão. Essematerial deve ser aplicado à quente, com a temperatura recomendada pelo fabricante, que se situana faixa de 230 ºC a 270 ºC. Cuidados deverão ser tomados para que a aplicação seja feita sobre oprimer convenientemente curado, devendo ser evitada a aplicação sobre o primer ainda “verde”, ouapós ter ficado exposto por longo tempo, quando se diz que a tinta encontra-se “morta”. Nessascircunstâncias corre-se o risco de não haver uma perfeita aderência entre o primer e o esmalte, oque contribuirá para a obtenção de um revestimento de má qualidade.4ª etapa: Após o esmalte aplicado e ainda na fase líquida, aplica-se, embebida no esmalte, umacamada de lã de vidro, convenientemente especificada. A finalidade principal desse reforço de lã devidro é a de conferir ao revestimento uma boa resistência mecânica. Em algumas aplicações essereforço de lã de vidro não é utilizado, com o objetivo principal de diminuir o custo do revestimentoprotetor, o que diminui també a sua qualidade.5ª etapa: A etapa seguinte consiste na aplicação, também embebido no esmalte, de umacamada de papel de feltro de asbestos, de modo a se obter uma superfície lisa e isenta de defeitosvisíveis. Essa camada de papel de feltro, em muitos casos utilizada em substituição à capa protetorade lã de vidro, possui como finalidades principais fornecer ao revestimento boa resistência aoimpacto, boas características de absorção das tensões do solo sobre o tubo e aumentar a resistênciado revestimento à passagem das correntes elétricas.6ª etapa: Aplicação de papel Kraft ou caiação (pintura branca resistente à água) sobre orevestimento de papel de feltro, com as seguintes finalidades:– ajudar a proteger o revestimento contra aquecimento excessivo, quando os tubos revestidos são

expostos ao Sol por longo período;– proteger o tubo contra os danos por abrasão, durante o transporte;– servir como indicador visual dos danos causados aos revestimentos durante os períodos de

estocagem, manuseio e transporte.7ª etapa: Finalmente, após revestidos, os tubos precisam ser inspecionados, para localização ereparos de defeitos, utilizando-se para tal um detector elétrico de porosidade, como o holidaydetector, convenientemente calibrado para a espessura do revestimento, conforme orientaçãomostrada na tabela 9.1, exigindo-se que todos os defeitos encontrados sejam cuidadosamentereparados antes do tubo ser lançado na vala.



Figura 9.2 – Revestimento de um tubo com esmalte de piche de carvão.

TABELA 9.1

Voltagens Recomendadas para a Utilização do Holiday DetectorMáxima espessura do revestimento Máxima voltagem3/32” 7.200 V4/32” 9.600 V5/32” 12.000 V6/32” 14.400 V

O revestimento aplicado na seqüência das etapas acima mencionadas constitui-se nochamado revestimento simples. Em locais de maior agressividade do solo, em trechos submarinosou em tubulações sujeitas a fortes correntes de interferência, emprega-se o chamado revestimentoduplo.

Para a execução do revestimento duplo, repete-se, após a aplicação da 4ª etapa, as 3ª e 4ªetapas novamente, seguindo-se depois a 5ª, a 6ª e a 7ª etapas na seqüência normal.

Para esse revestimento, os valores de eficiência normalmente utilizados em projetos deproteção catódica são os seguintes:– para revestimentos simples: 95% inicial e 90% final;– para revestimentos duplos: 98% inicial e 94% final.

9.3.2 Revestimento à Base de Esmalte de Asfalto de Petróleo

Esse revestimento, embora em menor escala que o anterior, é também muito usado paratubulações enterradas, sendo que os métodos e os cuidados na sua aplicação são basicamente osmesmos.

Com relação ao desempenho, quando comparado ao revestimento de piche de carvão, elepossui, de um modo geral e enquanto novo, as mesmas características de facilidade de aplicação,espessura, aderência, resistência química à ação dos solos e águas (não possui boa resistênciaquímica aos produtos de petróleo), flexibilidade, resistência aos esforços do solo (que não é muitoboa) e eficiência. Esse revestimento, entretanto, envelhece mais rapidamente com o passar do



tempo, perdendo eficiência, sendo essa a sua grande desvantagem em relação ao revestimento deesmalte coal tar. O envelhecimento dá-se, principalmente, pela maior taxa de absorção de água.

Para esse revestimento, os valores de eficiência normalmente utilizados em projetos deproteção catódica são os seguintes:– para revestimentos simples: 95% inicial e 75% final;– para revestimentos duplos: 98% inicial e 85% final.

9.3.3 Revestimento com Fitas Plásticas

O revestimento à base de fitas plásticas, normalmente as de polietileno, cloreto de polivinila(PVC) e outras, deve ser especificado e aplicado de acordo com as recomendações dos fabricantes,que diferem de um produto para outro.Esse revestimento apresenta a vantagem de ser aplicado a frio, normalmente no campo, e possui, deum modo geral, as características seguintes:– aplicação muito fácil;– necessidade de tinta base (primer), de acordo com a orientação dos fabricantes. Alguns

recomendam essa aplicação e outros não;– tendência a furos: maior que o revestimento á base de piche de carvão e de asfalto;– aderência: bem menor que a dos revestimentos anteriores;– resistência química: boa resistência à ação química dos solos e águas e resistência química

muito baixa aos produtos de petróleo;– flexibilidade: boa;– resistência aos esforços do solo e aos impactos: é muito baixa, principalmente quando

submetido a materiais ponteagudos, como as pedras;– resistência à abrasão: o revestimento desliza e é sujeito a cortes;– eficiência logo após a aplicação: regular, menor que a eficiência conseguida com o revestimento

de piche ou asfalto;– usos mais comuns: proteção de pequenas tubulações com pequenos diâmetros, como os ramais

de serviço, de um modo geral, e redes de incêndio.Os valores de eficiência mais usuais para esse revestimento são os seguintes:– para revestimento com uma camada de fita: 40% inicial e 30% final;– para revestimento com duas camadas de fita: 50% inicial e 40% final.

9.3.4 Revestimento com Tintas Betuminosas (Epóxi Piche de Carvão ou Alcatrão Epóxi)

É um revestimento aplicado a frio, de fácil aplicação, que apresenta, no entanto, duasgrandes desvantagens:– baixa resistência mecânica;– pouca espessura, o que acarreta baixa eficiência de revestimento.As etapas de aplicação desse revestimento são as seguintes:– jateamento ao metal branco (SSPC-SP-5-63);– três demãos de tinta epóxi piche de carvão ou alcatrão de hulha epóxi, aplicação a trincha com

espessura mínima de 150 mm por demão;– eficiência: 60% inicial e 50% final.

9.3.5 Revestimento com Espuma Rígida de Poliuretano

Esse revestimento é aplicado em tubulações que transportam fluidos aquecidos. Tem, emgeral, espessura da ordem de 5 cm.É um excelente revestimento anticorrosivo, porém de alto custo, sendo aplicado somente nos casosem que se deseja combinar a proteção contra a corrosão com o revestimento térmico.Os valores de eficiência mais usuais são os seguintes: 95% inicial e 90% final.



9.4 REVESTIMENTO PARA TUBULAÇÕES SUBMERSAS

As tubulações submersas são revestidas, em geral, com piche de carvão, véu de fibra devidro e papel de feltro, em revestimento duplo. Para as tubulações com diâmetro acima de 10”,usam-se blocos de concreto para ancoragem no fundo do mar. Os blocos de concreto, quandodistribuídos ao longo de toda a tubulação, contribuem também para o revestimento anticorrosivo,embora muito pouco.

9.5 REVESTIMENTO PARA TANQUES DE ARMAZENAMENTO

Os tanques metálicos para armazenamento de produtos, tais como água, petróleo, derivadosde petróleo e produtos químicos são construídos:– totalmente enterrados;– aéreos, com o fundo apoiado a uma base constituída da compactação do solo e uma camada de

areia e brita no interior de um anel de concreto (tanques de fundação direta);– aéreos, com o fundo apoiado sobre uma laje de concreto com estacas cravadas no solo (tanques

de fundação indireta).

9.5.1 Revestimento para Tanques de Aço Totalmente Enterrados

O revestimento para tanques de aço totalmente enterrados constitui-se, em geral, de piche ouasfalto aplicado a quente sobre uma superfície limpa, limpeza essa normalmente obtida com oemprego de escovas rotativas.Os valores de eficiência usuais, em projetos de proteção catódica, são os seguintes: 75% inicial e60% final.

9.5.2 Revestimento para Fundo de Tanque

• Revestimento externo: as partes externas dos fundos dos tanques, tanto os de fundação diretaquanto os de fundação indireta, são geralmente revestidas com uma camada de piche ou asfaltoentre a chapa do fundo e a base. Em alguns casos, aplica-se uma tinta betuminosa de solução, naschapas, antes da soldagem do fundo.Os valores de eficiência usuais, em projetos de proteção catódica, são os seguintes: 60% inicial e50% final.

• Revestimento interno: as partes internas (fundo e a até um metro do costado) nos tanques dearmazenamento de petróleo rebem um revestimento por pintura, sendo comum o seguinte sistema:– jateamento ao metal branco (SSPC-SP-5-63);– aplicação de duas demãos de zarcão-óxido de fero epóxi a rolo ou a trincha, com espessura

mínima de 35 mm por demão;– aplicação de duas demãos de piche de carvão epóxi a trincha, com espessura mínima de 150 mm

por demão.Os valores de eficiência usuais são os seguintes: 95% inicial e 90% final.

9.6 REVESTIMENTO PARA CASCO DE EMBARCAÇÕES

São utilizados diversos sistemas para o revestimento de cascos de embarcações. Sãosistemas adequados para imersão, baseados em tintas epoxi, borrachas cloradas e betuminosas.

O revestimento de cascos de embarcações na região submersa sofre muita abrasão, comconseqüente dano da camada de pintura.Os valores de eficiência mais usuais são os seguintes: 95% inicial e 60% final.



9.7 REVESTIMENTO PARA ESTACAS DE AÇO DE PIERS DE ATRACAÇÃO

As estacas de aço de piers de atracação são, em geral, revestidas somente na região devariação das marés.

Há dois tipos de revestimento empregados nesses caos:– revestimento com massa epóxi poliamida, aplicado após a cravação das estacas;– revestimento com tinta, aplicado às estacas antes da cravação, compreendendo desde 3 m abaixo

da maré mínima até a plataforma;– o revestimento aplicado na zona de variação das marés não é considerado no cálculo da corrente

de proteção catódica, ou seja, não tem a sua eficiência considerada.

9.8 CONCLUSÃO

As estruturas metálicas enterradas ou submersas estão sujeitas a ataque corrosivo severopelo solo e pela água, em especial a água do mar.

A proteção contra a corrosão dessas instalações é obtida, com economia e segurança,mediante a aplicação de revestimentos protetores, criteriosamente especificados e aplicados,complementados pela instalação dos sistemas de proteção catódica que, quando conveniementedimensionados, conferem proteção integral às estruturas ao longo dos anos, como se umrevestimento perfeito tivesse sido aplicado sobre o material metálico.



CAPÍTULO 10Sistemas de Drenagem de Corrente para Controle da Corrosão Eletrolítica em Tubulações

Enterradas

10.1 INTRODUÇÃO

Os problemas mais graves de corrosão que ocorrem com as tubulações enterradas sãocausados pelas estradas de ferro eletrificadas, em corrente contínua, para a tração de trens(incluindo o metrô) e de bondes.

As correntes de fuga provenientes dos trens, dos bondes, ou de qualquer outra fonte de forçaeletromotriz que seja capaz de injetar corrente contínua no solo, podem ser captadas pelastubulações enterradas em uma região e descarregadas para o solo em outra, causando corrosãoeletrolítica severa nos tubos.

Foto 10.1 – Estrada de ferro eletrificada.

O presente capítulo mostra como esse problema pode ser solucionado, mediante a instalaçãodos equipamentos de drenagem de corrente.



10.2 A CORROSÃO ELETROLÍTICA

O fenômeno da corrosão eletrolítica nas tubulações enterradas, causado pelas correntes defuga das estradas de ferro eletrificadas em corrente contínua, se processa da seguinte maneira,conforme mostrado na figura 10.1.

Figura 10.1 – Corrosão eletrolítica causada por estradas de ferro eletrificadas.

A corrente contínua utilizada no sistema de tração é enviada por cabos até determinado trem,retornando à subestação pelos trilhos. Dependendo do traçado da tubulação em relação à estrada deferro, ela se constituirá num condutor ligado em paralelo aos trilhos por meio do solo. Uma parcelada corrente de retorno abandona os trilhos, penetra na tubulação e flui pelo tubo até alcançar umaregião favorável, onde é descarregada para o solo, retornando à estrada de ferro.

No ponto onde a corrente abandona a tubulação e retorna aos trilhos, desenvolve-se umprocesso corrosivo bastante severo, cuja intensidade é proporcional à corrente tubo/trilho.Na região onde a tubulação recebe a corrente não há problema de corrosão. Pelo contrário, ospotenciais tubo/solo desenvolvidos são normalmente potenciais de proteção (mais negativos que –0,8V). Entretanto, essa corrente, quando de grande intensidade, pode provocar o empolamento e odescolamento do revestimento, diminuindo sua eficiência.

Em tubulações sujeitas a corrente de fuga, observa-se que os potenciais tubo/solo etubo/trilho variam constantemente, sendo freqüentes as inversões de polaridade.Para o combate de seus efeitos, torna-se necessário ter em mente que a corrente retorna aos trilhosvinda do tubo, em regiões em geral bem definidas, o que, na maioria das vezes, não ocorre quandoela sai dos trilhos para atingir a tubulação. Além disso, sua intensidade é função não somente dospotenciais tubo/trilho, como também da resistência total do circuito elétrico formado, que secompõe das seguintes resistênciais parciais: resistência de entrada (trilho-solo-tubo), resistência decondução do tubo e resistência de saída (tubo-solo-trilho).

O circuito elétrico percorrido pelas correntes de fuga pode ser desde o mais simples até omais complexo, dependendo basicamente do congestionamento das tubulações e das estradas deferro existentes na região, além da posição geográfica das subestações. São bastante freqüentescasos de malhas envolvendo tubulações de diversas companhias e também várias estradas de ferro,o que contribui para a maior complexidade do problema. É o caso típico das instalações urbanas.



10.3 SISTEMAS DE DRENAGEM

Para o combate da corrosão eletrolítica, nesses casos, utilizam-se os chamados sistemas dedrenagem elétrica. A drenagem deve ser feita nos pontos em que a corrente abadona a tubulação eretorna para os trilhos através do solo.A drenagem elétrica pode ser feita de diversas formas:• conexão elétrica tubo-trilho – este tipo de ligação é feito quando há caruamento dentre atubulação e os trilhos da estrada de ferro ou, pelo menos, uma aproximação razoável entre ambos;• conexão elétrica para o solo – este tipo de ligação é feito quando se tem na tubulação umtrecho predominantemente anódico e não há aproximação com a ferrovia. A ligação é feita por meiode um leito de aterramento de baixa resistência elétrica, de modo a criar um caminho preferencialda corrente que sai do tubo para o solo com destino aos trilhos. Os leitos de aterramento usado nestetipo de conexão podem ser constituídos com anodos (galvânicos ou inertes) ou com sucata de aço;• conexão elétrica com uma segunda tubulação – este tipo de ligação é feito quando umadeterminada tubulação cruza com uma outra que cruze ou se aproxime de uma estrada de ferroeletrificada. Com essa conexão, qualquer corrente captada pela primeira tubulação fluiráimediatamente pela segunda, para retornar aos trilhos da estrada de ferro. A segunda tubulação,nesse caso, pode ser ligada à estrada de ferro por meio de uma conexão tubo/trilho, como a descritaacima. A ligação entre as duas tubulações pode ser feita, quando necessário, com o auxílio de umdiodo.

Em todos os casos citados, é importante que a conexão elétrica entre a tubulação e a ferroviapossua resistência muito inferior à resistência de contato da tubulação com o solo, a fim de que essaconexão seja realmente um caminho preferencial para o retorno das correntes de fuga para a estradade ferro.

A drenagem de corrente da tubulação para os trilhos da estrada de ferro pode ser feita dasmaneiras a seguir.

10.3.1 Ligação Direta

Essa drenagem consiste na ligação direta, por meio meio de um cabo elétrico, entre atubulação e os trilhos, conforme mostrado esquematicamente na figura 10.2.

Figura 10.2 – Esquema elétrico de ligação de uma drenagem por meio de ligação direta.

Nas estradas de ferro com sistema de sinalização, o cabo elétrico de interligação não deveser soldado diretamente no trilho, tendo em vista que este procedimento pode, eventualmente,interferir no sistema de sinalização da ferrovia. Nesses casos, a ligação aos trilhos é feita com oauxílio de um indutor ou bond de impedância.



A drenagem direta possui o inconveniente de permitir a passagem de corrente tanto nosentido tubo/trilho (o que é desejável), quanto no sentido trilho/tubo (que precisa ser evitado), emfunção das variações dos potenciais do tubo e do trilho. Por essa razão, esse tipo de ligação só podeser usado quando o tubo for permanentemente positivo em relação ao trilho, condição queraramente acontece.

10.3.2 Ligação por Meio de um Equipamento de Drenagem

Para fazer com que as correntes de fuga sejam drenadas sempre no sentido do tubo para otrilho, utiliza-se um equipamento de drenagem, que consiste basicamente de uma caixa onde existeum diodo convenientemente ligado entre o tubo e os trilhos, de modo a bloquear as correntes nosentido trilho/tubo, quando o potencial do trilho for positivo em relação ao potencial do tubo.

Os equipamentos de drenagem podem ser dos tipos a seguir.a) Equipamentos de Drenagem SimplesEsse equipamento consiste apenas de um diodo instalado em paralelo com um pára-raios ousupressor de transientes, conforme mostrado esquematicamente na figura 10.3.

Figura 10.3 – Esquema elétrico de ligação de um equipamento de drenagem simples.

b) Equipamento de Drenagem Simples com Medição de Corrente e TensãoEsse equipamento possui, além do diodo e do pára-raios ou supressor de transientes, um

voltímetro CC (para medir a diferença de potencial tubo/trilho) e um amperímetro CC (para medir acorrente drenada), conforme mostrado esquematicamente na figura 10.4.

Figura 10.4 – Esquema elétrico de ligação de um equipamento de drenagem simples com medição de corrente e tensão.



Eventualmente podem ser instalados três voltímetros, sendo um para medir o potencialtubo/solo, outro para medir o potencial trilho/solo e o terceiro para medir a diferença de potencialtubo/trilho.

Além disso, o diodo pode ser protegido por meio de um dissipador de calor, circuito RC efusível.

c) Equipamento de Drenagem com Controle de Baixo Nível de PotencialEsse equipamento é utilizado em situações onde a diferença de potencial tubo/trilho pode

ficar, em determinado momento, inferior à tensão de condução do diodo, ocasião em que adrenagem de corrente fica bloqueada nos dois sentidos.

O equipamento possui, além dos dispositivos do equipamento de drenagem simples, umachave montada em paralelo com o diodo que é acionada por um sistema de controle alimentado porenergia elétrica externa. Quando a diferença de potencial tubo/trilho é inferior à tensão de conduçãodo diodo, a chave se mantém fechada, permitindo uma ligação direta. O esquema elétrico desseequipamento pode ser visto na figura 6.4, do capítulo 6.

d) Equipamento de Drenagem com Controle da Intensidade de Corrente DrenadaEsse equipamento cosntitui-se da combinação de um dos equipamentos anteriores, ligado em

série com um conjunto de lâmpadas reguladoras, como, por exemplo, as de ferro-hidrogênio (figura10.5).

Figura 10.5 – Esquema elétrico de ligação de um equipamento de drenagem com controle da intensidade de corrente.

As lâmpadas de ferro hidrogênio têm como propriedade a variação de sua resistência internaproporcionalmente à tensão aplciada em seus terminais.Assim, introduzindo-se um conjunto de lâmpadas em série, em paralelo ou em série/paralelo nocircuito, a corrente drenada pode ser mantida constante, qualquer que seja a diferença de potencialtubo/trilho.

e) Equipamento de Drenagem com Dispositivo de Proteção TemporizadaOs equipamentos de drenagem que necessitem de um circuito de alimentação elétrica, como

os equipamentos com controle de baixo nível de potencial, podem, ainda, ser equipados com umdispositivo de proteção temporizada, para proteção elétrica do seu circuito (foto 10.2).



Foto 10.2 – Equipamento de drenagem instalado no cruzamento de uma tubulação enterrada com uma estrada de ferro eletrificada.

10.4 COMPLEMENTAÇÃO COM SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA

Os equipamentos de drenagem instalados em uma tubulação enterrada são semprecomplementados com o auxílio de um sistema de proteção catódica, normalmente por correnteimpressa, mediante o uso de retificadores de corrente e leitos de anodos inertes.

10.5 CONCLUSÃO

Os sistemas de drenagem de corrente, complementados pelos sistemas de proteção catódica,são fundamentais para o combate da corrosão eletrolítica em tubulações enterradas.A experiência do engenheiro de proteção catódica é fundamental para o dimensionamento correto eescolha do tipo de drenagem e do equipamento mais indicado para um bom projeto de proteçãocatódica e de drenagem elétrica das correntes de fuga que afetam a tubulação.



CAPÍTULO 11Influência das Linhas de Transmissão Elétrica em Alta Tensão sobre as Tubulações

Enterradas

11.1 INTRODUÇÃO

As tubulações metálicas revestidas enterradas, como os oleodutos, gasodutos, adutoras eminerodutos, quando cruzam ou seguem paralelas a uma ou mais linhas de transmissão elétrica emalta tensão, podem ficar sujeitas a tensões elétricas perigosas, que precisam ser estudadas e evitadas.

O problema não é de corrosão, mas sim de segurança, uma vez que as tensões tubo/soloresultantes podem atingir valores suficientemente altos para pôr em risco as pessoas e as instalaçõesenterradas.

O problema tende a se agravar com a construção, cada vez maior, de tubulações enterradasextensas e com a expansão das linhas de transmissão elétrica em alta tensão. Em zonas urbanas, porexemplo, é comum a construção de dutos enterrados na mesma faixa de servidão das linhas elétricasde alta tensão.

11.2 ANÁLISE DO FENÔMENO

Uma corrente elétrica quando percorre um condutor cria um campo eletromagnético em suavolta. A variação do fluxo desse campo eletromagnético induz, no circuito, uma força eletromotriz.É o fenômeno da auto-indução.

Num circuito, sob a ação de um campo magnético criado por outro circuito, será induzidauma força eletromotriz, por efeito da variação do fluxo do campo.

Uma tubulação metálica revestida externamente, instalada nas proximidades de uma linha detransmissão de energia elétrica, pode ficar sujeita a forças eletromotrizes que poderã ocasionardanos de natureza material ou pessoal.

Figura 11.1 – Indução de potencial em uma tubulação enterrada causadapor uma linha de transmissão elétrica em alta tensão.



A corrente elétrica que circula em condições normais na linha de transmissão, não ocasionatensões induzidas importantes na tubulação. Quando, entretanto, ocorre um curto-circuito fase-terrana linha, a tubulação construída próxima à torre, ou lançada paralelamente à linha de transmissão,nas proximidades do defeito, pode ficar sujeita a duas tensões importantes, conforme mostrado nafigura 11.2:a) tensão induzida, devido à alta corrente de defeito (Ia) que circula na fase em curto;b) tensão no solo, devido à corrente que é descarregada pelo aterramento elétrico da torre (Ib), e

retorna à subestação elétrica da linha de transmissão.

Figura 11.2 – Esquema típico da circulação de correntes em caso de defeito em uma das fases.

A tensão resultante das duas tensões acima será aplicada sobre o revewstimento isolante datubulação enterrada, entre o metal do tubo e o solo, podendo ocorre uma das situações seguintes:a) se a tensão resultante for inferior ao valor máximo da tensão suportável pelo revestimento

(rigidez dielétrica), nenhum dano será causado à camada isolante do tubo. Normalmente, orevestimento, do tipo simples, com apenas uma camada, usado nas tubulações enterradas,suporta, em média, 5.000 volts, sem sofrer danos;

b) se a tensão resultante for superior à rigidez dielétrica, o revestimento de romperá em váriospontos, diminuindo sua eficiência e sobrecarregando o sistema de proteção catódica datubulação, que precisará ser regulado ou reforçado para atender às novas condições;

c) se a tensão resultante for muito elevada, poderá ocorrer a formação de um aco elétrico, cujosefeitos térmicos poderão fundir e romper a parede do tubo, com vazamento de produtos, muitasvezes inflamável e poluente;

d) em qualquer uma das situações acima, a tensão resultante é transferida a pontos distantes datubulação, que é metáica e eletricamente contínua. Dessa maneira, uma pessoa que esteja aomesmo tempo em contato com o metal da tubulação e o solo, nos trechos aéreos ou operandouma válvula, pode levar choques, muitas vezes fatais.

A única maneira segura de evitar o problema seria não construir tubulações metálicasenterradas nas proximidades das linhas de transmissão elétrica em alta tensão. Essa solução,entretanto, é inviável, devido à necessidade cada vez maior de se construir novas linhas detransmissão e novos dutos enterrados, sendo inevitável os cruzamentos e paralelismos entre ambos.



Estudos da Eletricité de France, publicados em 1967, definem a distância mínima que deveexistir entre a tubulação enterrada e a linha elétrica, para que os problemas de tensões elevadas natubulação não ocoram. Essa distância, em metros, deve ser superior a dez vezes a raiz quadrada daresistividade elétrica do solo no local )10d( ρ> , expressa em ohm.cm.

Para os valores de resistividade elétrica do solo normalmente encontrados na prática,superiores a 10.000 ohm.cm, a aplicação da fórmula nos conduz a distãncias de quilômetros,mostrando que a tubulação e a linha elétrica precisam estar muito afastadas entre si para que ofenômeno não ocorra.Torna-se necessário, dessa maneira, sempre que a tubulação cruzar com a linha de transmissãoelétrica, ou sempre que a distância entre as duas for inferior à distância mínima de segurança,calcular as tensões resultantes na tubulação enterrada e compará-las com os valores abaixo, tambémdefinidos nos estudos da Eletricité de France, para o caso de tubos revestimentos com revestimentoconvencional à base de coal-tar:– tensão inferior a 5 kV – não ocorre nenhum dano ao revestimento e ao material metálico do

tubo, no fim de um segundo;– tensão entre 5 kV e 10 kV – o revestimento do tubo é danificado, no fim de um segundo;– tensão superior a 15 kV – o revestimento é danificado e a parte metálica do tubo é perfurada,

em menos de um segundo.Convém lembrar que qualquer uma dessas tensões é muito perigosa paa uma pessoa que

esteja apoiada no solo e em contato com a tubulação, mesmo em uma região distante do defeito.Com relação à tensão nominal da linha de transmissão, testes práticos demonstram que,

somente nos cruzamentos com linhas com tensão inferior a 138 kV, as tensões induzidas natubulação são consideradas como insignificantes, não apresentando problemas. Mesmo assim,recomenda-se que os cruzamentos sejam sempre feitos no meio do vão entre duas torres e o maisperpendicularmente possível, procedimento que contribui para minimizar os efeitos do campoeletromagnético.

Por outro lado, no caso de longos paralelismo (condição mais desfavorável) de umatubulação com uma linha de transmissão de tensão nominal igual ou superior a 69 kV, os problemaspodem ocorrer e as tensões resultantes precisam ser verificadas.

11.3 MÉTODOS DE CÁLCULO DAS TENSÕES TUBO/SOLO

Os métodos de cálculos mais precisos não são simples, exigem cuidados na definição dosparâmetros mais importantes e estão sendo constantemente aperfeiçoados.

Um dos primeiros métodos foi desenvolvido em 1967 pela Eletricité de France, constandode cálculos relativamente simples, que fornecem pouca precisão. Esse método só deve ser usado emestudos preliminares, para se ter uma idéia aproximada das tensões a serem esperadas.

Os métodos mais precisos são bem mais complexos e exigem o uso, pelo menos, de ummicrocomputador, sendo que, à medida que os problemas aparecem, os técnicos desenvolvemprogramas de cálculos cada vez mais eficientes, levando em consideração, sempre, o maior númerode variáveis.

Um dos métodos de cálculo que temos usado com freqüência em estudos para nossosclientes consiste, basicamente, do procedimento seguinte:– a linha de transmissão e a tubulação são plotadas graficamente em um mesmo sistema de

coordenadas geográficas;– os trechos de cruzamento entre a linha de transmissão e a tubulação são transformados em

trechos de paralelismo, pelo processo das aproximações geométricas;– são calculadas as impedâncias próprias e mútuas da linha de transmissão e da tubulação;– o circuito elétrico simulado é analisado e resolvido;– os valores das tensões induzidas, em pontos previamente escolhidos, são então calculado.As informações necessárias para que esse método possa ser aplicado são as seguintes:



– diâmetro e profundidade da tubulação;– comprimento do trecho de paralelismo e locação dos pontos de cruzamento, mediante análise

das plantas de traçado da linha elétrica e da tubulação;– características do revestimento dos tubos, mediante análise de sua especificação;– resistividades elétricas do solo medidas na região, sendo que, quanto mais detalhado for o

levantamento de campo para essa finalidade, mais preciso será o valor médio a ser considerado;– informações sobre as características da linha de transmissão, sendo as mais importantes:

configuração e locação das torres; características dos condutores elétricos de fase e cabo pára-raios; resistência de aterramento elétrico real dos pés das torres; esquema de instalação doscabos contra-peso de aterramento; tensão nominal da linha e correntes de curto-circuitoprevistas.

No item 11.5 apresentamos os resultados obtidos no estudo de um exemplo prático de interferência.

11.4 SOLUÇÕES PRÁTICAS PARA CONTORNAR O PROBLEMA

Quando as tensões calculadas são iguais ou superiores à tensão máxima suportada pelorevestimento da tubulação, todos ou alguns dos procedimentos abaixo devem ser adotados, para quea tubulação possa operar com segurança e as pessoas em contato com os tubos não sofram risco devida:• modificação, quando possível, do traçado da tubulação ou da linha de transmissão. Essa solução,entretanto, na maioria das vezes, não pode ser adotada;• como a fonte geradora das tensões tubo/solo é a linha de transmissão elétrica, as medidas maiseficazes consistem em modificar suas características de construção. Algumas modificações,contudo, são muito difíceis de serem introduzidas, como pode ser observado abaixo, medianteanálise das mudanças mais recomendadas:a) aumentar as resistências de aterramento dos pés das torres adjacentes ao cruzamento ou ao

paralelismo com a tubulação. O aumento da resistência de aterramento pode ser conseguidomodificando-se a configuração e as dimensões dos cabos de aterramento ou, simplesmente,cortando-se os cabos e abandonando-os no solo. Esse procedimento, entretanto, só pode serexecutado mediante consulta e autorização da companhia proprietária da linha de transmissão. Afinalidade desse procedimento consiste em promover o chamado “efeito de blindagem”. Esseprocedimento possui a grande vantagem de ser barato e fácil de executar.Ao aumentarmos a resistência de aterramento torre/solo, dificultamos o retorno da parcela dacorrente de defeito que retorna à subestação pelo solo (corrente Ib, da figura 11.2). Dessamaneira, a maior parte da corrente de defeito retorna pelo cabo pára-raios (corrente Ic, da figura11.2). O efeito de blindagem consiste em que, sendo a corrente de retorno pelo cabo pára-raios(Ic) de sentido contrário à corrente de defeito (Ia), somente a componente resultante das duascorrentes atua sobre a tubulação, causando uma tensão induzida menor, conforme pode serobservado pela análise da figura 11.2;

b) outra maneira de aumentar o efeito de blindagem, consiste em diminuir a resistência elétrica docabo pára-raios, mediante a substituição por outro de diâmetro maior ou de material comresistência elétrica menor que o aço, como o cobre. Essa solução é mais difícil de ser executadaque a primeira, pois possui custo mais alto e implica em paralisação temporária da linha detransmissão elétrica. As duas medidas, quando feitas em conjunto, contribuem bastante paramelhorar o efeito de blindagem e diminuir as tensões tubo/solo desenvolvidas;

c) as modificações no projeto da tubulação que podem contribuir para diminuir o efeito da tensãoresultante são as seguintes:– melhorar a qualidade do revestimento do tubo, mediante aumento da sua espessura, fazendo

com que ele suporte tensões mais elevadas sem sofrer danos;– aterrar eletricamente a tubulação, mediante a instalação de um cabo elétrico de cobre nu,

enterrado paralelamente aos tubos, com várias ligações elétricas feitas com o auxílio de soldasCadweld. Essa solução possui o grande inconveniente de sobrecarregar o sistema de proteção



catódica da tubulação, uma vez que o cabo de aterramento rouba grande parcela da correntedestinada à proteção catódica dos tubos. Outro inconveniente dessa solução é a possibilidade deroubo desse cabo elétrico, aliada ao seu custo;– outra maneira de baixar a resistência de aterramento da tubulação consiste em eliminar

totalmente o seu revestimento externo, no trecho influenciado pela linha de transmissão, soluçãoque também sobrecarrega o sistema de proteção catódica, e só deve ser adotada em condiçõesextremas, assim como a solução anterior.

d) Para contornar os efeitos perigosos do elevado potencial transferido ao longo da tubulação, comproblemas para as pessoas que estejam em contato simultâneo com o tubo e a terra no momentodo defeito, são adotados os seguintes procedimentos, independentes dos cuidados com a tensãotubo/solo desenvolvida:

– dificultar o acesso de pessoas estranhas aos trechos aéreos da tubulação, mediante a instalaçãode cercas e avisos nesses locais;

– instalar plataformas, isoladas do solo, junto às válvulas de manobra manual, com o objetivo demanter o operador no mesmo potencial do tubo ao acionar a válvula. As plataformas podem serconstruídas com um isolado elétrico em cada um dos seus pés, conforme mostrado na fotoabaixo.

Foto 11.1 – Plataforma isolada do solo para manobra manual de válvula.

11.5 EXEMPLO PRÁTICO

O exemplo de cálculo abaixo refere-se a um gasoduto sujeito às seguintes situações decruzamento e/ou paralelismo com linhas de transmissão em alta tensão:– três cruzamentos não ortogonais, com linhas de transmissão de 230 kV;– um cruzamento não ortogonal, com linhas de transmissão de 500 kV;– um cruzamento não ortogonal, com paralelismo de 400 m, com linha de transmissão de 230 kV– um cruzamento não ortogonal, com paralelismo de 1.660 m, com linha de transmissão de 230

kV.A partir dos dados do gasoduto, das linhas de transmissão e das respectivas subestações

terminais, utilizando-se o método computacional enunciado no item 11.3, foi analisado cada um dosseis cruzamentos e/ou paralelismos existentes, concluindo-se que, dentre esses, cinco pontosapresentavam riscos à segurança de pessoas e da tubulação.



Apresentamos, a seguir, os dados, conclusões e recomendações obtidas na análise de doiscruzamentos, sendo que um deles não apresentou risco.

11.5.1 Dados do Gasoduto

As características principais do gasoduto são comuns a todos os casos, conforme se segue:– diâmetro externo: 12,75”;– tipo de revestimento: sintético (polietileno extrudado simples);– espessura média do revestimento: 3,0 mm;– profundidade média da tubulação: 1,0 m;– resistência de aterramento admitida para as estações terminais do gasoduto: 5,0 ohms;– tensão máxima suportável pelo revestimento: 5 kV.

11.5.2 Primeiro Cruzamento

Dados da Linha de Transmissão– Tensão: 500 kV.– Cabo condutor: quatro por fase, espaçamento 0,457 mm.– Circuito 1 – ACSR 477 MCM 26/7.– Circuito 2 – ACSR 636 MCM 26/7.– Cabos pára-raios: circuito 1 – ALUMOWELD 3, número 7 AWG. Circuito 2 – aço 3/8” EHS 7

fios.– Cabo contrapeso: COPPERWELD 4 AWG. Enterrado a uma profundidade de 0,5 m.

Resistência de aterramento, calculada para a configuração dada, de 3,4 ohms.– Resistividade média do solo: 360 ohm.m. Medida ao longo dos traçados do gasoduto e da linha

de transmissão, no trecho considerado para o estudo.– Vão básico: circuito 1 – 305 m; circuito 2 – 480 m.– Flecha do condutor: circuito 1 – 5,0 m; cicuito 2 – 18,0 m.– Flecha do pára-raio: cicuito 1 – 3,4 m; cicuito 2 – 13,8 m.– Configuração da torre: dois cicuitos simples horizontais.– Distância entre os circuitos: 45,0 m (eixo a eixo).– Altura da torre: cicuito 1 – 25,6 m (até cabo pára-raios); cicuito 2 – 19,9 m (até cabo pára-raio).– Espaçamento entre fases: circuito 1 – 10,0 m; circuito 2 – 10,8 m.– Altura dos condutores: circuito 1 – 15,7 m; circuito 2 – 13,5 m.

Dados das Subestações Terminais– Subestação I: resistência de aterramento de 0,6 ohm.– Subestação II: resistência de aterramento de 1,0 ohm.

Dados da Corrente de Curto-Circuito– Corrente de curto monofásico total na torre mais próxima ao cruzamento: 30,5 kA (circuito 1).– Contribuição de curto-circuito da SE I: 27,6 kA.– Contribuição de curto-circuito da SE II: 2,9 kA.– Corrente que circula no circuito paralelo: 2,8 kA (circuito 2).

Tensão Calculada no Isolamento do GasodutoA partir das informações dos itens 11.5.1 e 11.5.2 foi obtido, no ponto de cruzamento, o

valor de tensão de 9,2 kV, superior ao máximo admissível (5 kV).Afastando-se do ponto de cruzamento, a tensão cai, sendo da odem de 1,0 kV a 2,5 km de distância.



Solução RecomendadaComo já vimos, a solução mais viável do ponto de vista econômica é a alteração da

configuração do aterramento do pé da torre (cabo contrapeso), visando o aumento de suaresistência.

Utilizando-se esse raciocínio, simulou-se diversas situações que resultaram nos seguintesvalores:• resistência de aterramento mínima recomendada: 5,6 ohms;• número de torres atingidas:– circuito 1 – duas;– circuito 2 – duas.

• Configuração recomendada para os cabos-contrapeso das torres:– Circuito 1 – dois condutores de 77,5 m de comprimento, espaçados de 35,0 m.– Circuito 2 – mesma configuração do circuito 1.

Para a solução proposta, o nível máximo de tensão obtido no ponto de cruzamento foireduzido paa 4,6 kV, inferior ao valor máximo recomendado para o revestimento do gasoduto (5kV).Além dessa recomendação, que visa à segurança do gasoduto, foi solicitado, para segurança dopessoal de operação, o isolamento elétrico dos pés das plataformas de operação das válvulas dogasoduto, na região de interferências das linhas de transmissão.

11.5.3 Segundo Cruzamento

Dados da Linha de Transmissão– Tensão: 230 kV.– Cabo condutor: um por fase. ACSR 636 MCM 26/7.– Cabos pára-raios: aço 3/8” EHS 7 fios.– Cabo contra-peso: COPPERWELD 4 AWG. Enterrado a uma profundidade de 0,5 m.

Resistência de aterramento calculada para a configuração dada de 2,4 ohms.– Resistividade média do solo: 300 ohm.m medida ao longo dos traçados do gasoduto e da linha

de transmissão no trecho considerado para o estudo.– Vão básico: 420 m.– Flecha do condutor: 11,0 m.– Flecha do pára-raio: 6,4 m.– Configuração da torre: triplo/vertical.– Distância entre os circuitos: 45,0 m (eixo a eixo).– Altura da torre: 35,5 metros (até cabo pára-raio).– Espaçamento entre fases: 6,7 m.– Altura dos condutores próximos do solo: 14,7 m.

Dados das Subestações Terminais– Subestação I: resistência de aterramento de 0,6 ohm.– Subestação II: resistência de aterramento de 1,0 ohm.

Dados de Corrente de Curto-Circuito– Corrente de curto monofásico total na torre mais próxima ao cruzamento: 11,1 kA.– Contribuição de curto-circuito da SE I: 8,6 kA;– Contribuição de curto-circuito da SE II: 2,5 kA.– Corrente que circula no circuito paralelo: 0,3 kA.



Tensão Calculada no Isolamento do GasodutoA partir das informações acima foi obtido, no ponto de cruzamento, o valor de tensão de

3,65 kV, inferior ao máximo admissível (5 kV).Afastando-se do ponto de cruzamento, a tensão cai, sendo da odem de 0,15 kV a 3,0 km dedistância.

Essa situação não requer qualquer pocedimento de mitigação para a segurança do gasoduto,visto que o nível de tensão calculado é inferior ao máximo recomendado. Apesar disso, énecessário, para segurança do pessoal de operação, o isolamento elétrico dos pés das plataformas deoperação das válvulas do gasoduto, na região de influência da linha de transmissão.

11.6 CONCLUSÃO

O problema da influência das linhas de transmissão elétrica em alta tensão, sobre astubulações metálicas revestidas enterradas, possui conseqüências importantes que podem prejudicartanto as tubulações quanto as pessoas em contato simultâneo com a tubulação e o solo.Recomenda-se que em situações de cruzamentos e paalelismos, as tensões tubo/solo que podem serdesenvolvidas sejam criteriosamente calculadas.Na hipótese de valores perigosos, cuidados precisam se tomados para minimizar ou eliminar osriscos de danos aos tubos, ao seu revestimento e às pessoas que tenham acesso à tubulação nos seustrechos aflorados.



CAPÍTULO 12Sistemas de Aterramento Elétrico com Anodos de Zinco

12.1 INTRODUÇÃO

Os anodos de zinco podem ser utilizados, com vantagem, para o aterramento elétrico desubestações elétricas, torres de linhas de transmissão, tanques de armazenamento de petróleo ederivados e em todas as aplicações que envolvam o escoamento para o solo de descargas elétricas.

Embora os eletrodos de cobre, ou de aço com deposição de cobre, sejam largamentoutilizados para tais aplicações, deve-se sempre ter em mente os prejuízos que essa soluçãonormalmente acarreta, devido à diferença natural de potencial entre o aço e o cobre, ocasionando acorrosão do aço em benefício do cobre.

Os problemas de corrosão aumentam extremamente quando a instalação metálica a seraterrada encontra-se em contato com solos de baixa resistividade elétrica ou, ainda, onde a aeraçãoe outras condições no solo reduzam a polarização do cobre.

As hastes (ou anodos) de zinco, além de servirem como aterramento elétrico, eliminam asindesejáveis pilhas de corrosão cobre/aço e, em adição, fornecem alguma proteção catódica para oaço enterrado, devido à posição que o zinco ocupa na série galvânica prática (o potencial do zinco émais negativo, em relação ao solo, que o potencial do aço). No caso da aplicação de um sistema deproteção catódica por corrente impressa para a proteção de instalações enterradas de aço, os anodosde zinco devem ser instalados para aterramento elétrico. Se uma quantidade suficiente de anodos forutilizada é possível, inclusive, conseguir-se proteção catódica total da instalação.

Os anodos de zinco são gradualmente consumidos ao longo do tempo devido à corrente denatureza galvânica por eles liberada (as descargas de corrente alternada não afetam os anodos),havendo necessidade de serem dimensionados para que tenham vida suficientemente longa.Conhecendo-se a resistividade elétrica do solo, podemos definir com segurança as dimensões equantidade de anodos a serem utilizadas para que a vida do sistema de aterramento elétrico sejasuficientemente longa.

Em alguns casos, paticularmente com solos de resistividade elétrica moderada ou alta, osanodos de zinco podem ser usados com economia e vantagem, para duação de 40 anos ou mais,desde que o tempo previsto para a vida útil da planta industrial justifique tal dimensionamento.Os anodos de zinco, usados como eletrodos de aterramento, são dimensionados com cabos elétricoscom capacidade suficiente para drenar os valores de corrente que poderão eventualmente serdescarregados para o solo, quando o aterramento elétrico for solicitado. A bitola mínima do caboelétrico do anodo deve ser de 10 mm2.

12.2 INSTALAÇÃO

Para a instalação dos anodos de zinco são adotados, basicamente, os mesmos procedimentosde montagem dos de cobre, com a diferença que, para o zinco, os anodos são colocados em furoscilíndricos no solo (feitos por meio de trados) e envoltos com um enchimento condutor apropriado.

Os anodos já são fornecidos pelo fabricante com cabo elétrico para a ligação à estrutura,sendo que essa ligação pode ser feita com solda do tipo Cadweld ou por meio de conectoresapropriados.

O enchimento condutor (50% de bentonita e 50% de gesso hidratado) utilizado, envolvendoo anodo, tem baixa resistividade elétrica da ordem de 250 a 300 ohm.cm) e possui duas funçõesprincipais:– possibilita a obtenção de uma resistência de aterramento baixa;– contribui para que o zinco seja consumido uniformemente, ao longo dos anos, liberando

continuamente a corrente galvânica para a proteção catódica da estrutura metálica enterrada.Para melhorar ainda mais a proteção e o aterramento elétrico da instalação metálica

enterrada, o anodo de zinco, com seu enchimento condutor, deve, sempre que possível, ser instalado



em solo permanentemente úmido. Em alguns áreas torna-se necessário instalar o anodo de zinco demodo que seu topo fique enterrado a uma profundidade maior que 800 mm.

Embora a instalação do anodo na posição vertical seja preferida, ele pode também serinstalado na posição horizontal, solução utilizada quando as condições do solo no local assimdeterminam (como no caso da ocorrência de pedras), ou quando a resistividade elétrica do solo émais baixa nas camadas superiores.

A tabela abaixo mostra as quantidade de corrente que podem ser drenadas pelo cabo de 10mm2, de acordo com o tempo de descarga, de modo a proporcionar a elevação da temperatura docobre em até 700 ºC.

TABELA 12.11.03

Descargas Elétricas Possíveis de serem Drenadas por um Anodo com o Cabo de Cobre de 10mm2

Duração da Corrente em ampéres drenada por um anodo comDescarga cabo de cobre de 10 mm2, de modo a elevar aem segundos temperatura do cobre até 700 ºC3 2.500 O projeto do sistema de aterramento deve limitar1 4.500 abaixo desses valores a corrente possível de ser drenada

por cada anodo. Se necessário, poderão ser usadasbitolas superiores a 10 mm2.

0,1 14.000 As correntes de descarga raramente, ou nunca,0,01 45.000 atingirão esses valores.

Quando um anodo de zinco é instalado, o enchimento condutor deve estar seco e bemcompactado, com o objetivo de evitar que fiquem espaços vazios em torno do anodo. Apósinstalado, o enchimento condutor absorve a umidade do solo e completa todos os espaços vaziosque porventura tenham ficado entre o anodo e as paredes do furo no solo. Se o enchimento condutorfor umedecido antes da instalação no buraco, os resultados iniciais serão muitos bons, mas, com opassar do tempo, existe a possibilidade de ocorrer uma contração da coluna de enchimento, o queresultará na diminuição da sua performance.

12.3 COMPARAÇÃO ENTRE OS ANODOS DE ZINCO E AS HASTES DEATERRAMENTO CONVENCIONAIS

Uma vantagem importante dos anodos de zinco é que, exceto em solos com resistividadeelétrica muito baixa, a resistência de aterramento de um anodo com 1,5 m de comprimento(instalado em enchimento condutor) é menor que a resistência de aterramento de uma hastecomvencional com 3,0 m de comprimento.

Para permitir melhor comparação, podemos citar que um anodo de zinco de seção retaquadrada com 3,5 cm de lado e comprimento de 1,5 m, instalado com enchimento condutor de 300ohm.cm (gesso + bentonita), proporciona menor resistência de aterramento que uma hasteconvencional com 5/8” de diâmetro e 2,5 m de comprimento instalada em um solo comresistividade elétrica em torno de 500 ohm.cm. O mesmo anodo de zinco fornece melhoresresultados que uma haste com 5/8” de diâmetro e 3,0 m de comprimento quando instalada em solode aproximadamente 1.200 ohm.cm. É bem possível que a grande maioria das hastes de aterramentoseja instalada em solos com alta resistividade elétrica, sendo que, nesses casos, os anodos de zincosão muito mais vantajosos, uma vez que as resistências de aterramento obtidas com as hastescomuns aumentam extremamente com o aumento da resistividade elétrica do solo, o que nãoacontece, na mesma proporção, com os anodos de zinco. As experiências demonstram que



normalmente não é necessário dimensionar anodos de zinco com mais de 1,5 m de comprimento(existem anodos no mercado padronizados nesse comprimento).

A tabela 12.2 ilustra a vantagem de se usr anodos de zinco com 1,5 m de comprimento eenchimento condutor, mediante comparação com as hastes convencionais que deveriam serutilizadas para a obtenção da mesma resistência de aterramento.

TABELA 12.2

Comprimentos que Devem Possuir Hastes Convencionais de 5/8” para a Mesma Resistência deAterramento de um Anodo de 3,5 cm x 3,5 cm x 1,5 cm Instalado em Enchimento Condutor

Em solo Em solo Em solo Em solo Em solode 1.000 de 2.000 de 3.500 de 5.000 de 10.000ohm.cm ohm.cm ohm.cm ohm.cm ohm.cm3,0 m 3,2 m 3,5 m 3,6 m 3,6 m

12.4 VIDA DOS ANODOS

A vida do anodo depende da corrente de natureza galvânica por ele liberada, dasua capacidade de corrente e do seu fator de utilização. A corrente liberada pelo anodo depende daresistência do circuito e da diferença de potencial entre o anodo e a estrutura a que ele se encontraligado, sendo que essas variáveis são função das características do próprio material do anodo (zincoou magnésio) e do eletrólito (solo ou água) onde o mesmo é instalado. Os anodos de zinco, quandoconvenientemente instalalados em enchimento condutor apropriado, possuem uma eficiência deoperação em torno de 90%, o que significa que, durante o seu período de vida, 90% do zinco éconsumido para liberar corrente para a estrutura, enquanto 10% é consumido pela corrosão própriado zinco. Um anodo de zinco pode ser usado continuamenteo com a finalidade de aterramento, atéque o zinco seja consumido em 85%, valor que define o seu coeficiente de utilização.Para o cálculo da vida dos anodos galvânicos podemos utilizar a expressão abaixo:

I760.8

85,0CMV

×××

=

onde:V = vida dos anodos em anos;M = massa total dos anodos utilizados em kg;C = capacidade de corrente do anodo em A.h/kg. Para o zinco, C =740 Ah/kh;I = corrente liberada pelos anodos, em ampéres.

Como exemplo, se um anodo de zinco de aproximadamente 15 kg é instalado em solo com2.000 ohm.cm de resistividade elétrica e ligado a uma estrutura de aço, a corrente liberada peloanodo e sua vida serão, aproximadamente, 65 mA e 15 anos.

Para aumentarmos a vida do sistema de aterramento elétrico, torna-se necessário apenas queaumentemos o peso ou a quantidade de anos a serem instalados.

12.5 CONCLUSÃO

Por meio do cálculo da resistência de aterramento anodo/solo, conforme indicado nocapítulo 5 e mediante a verificação da vida esperada para os anodos, o sistema de aterramentoelétrico pode ser dimensionadl com segurança, sendo que, mediante a utilização de materialapropriado (zinco), os problemas de corrosão da estrutura aterrada, causados pelos componentes decobre do sistema de aterramento convencional, podem ser completamente eliminados.



CAPÍTULO 13Aterramento Elétrico de Tanques Metálicos de Armazenamento

13.1 INTRODUÇÃO

Um dos problemas com que se defronta o projetista de proteção catódica para a definição deum projeto com a finalidade de proteger contra a corrosão as faces externas, em contato com o solo,dos fundos dos tanques de aço para armazenamento de água, petróleo, derivados de petróleo eoutros produtos, consiste no fato desses tanques serem normalmente construídos com aterramentoelétrico composto de hastes e cabos de cobre nu.

Os problemas resultantes sde tal procedimento, além da elevação substancial do custo deconstrução dos tanques, são basicamente os seguintes:– aceleração do processo corrosivo das chapas dos fundos dos tanques, devido ao par galvânico

formado, aço/cobre;– desvio de grande parte da corrente de proteção catódica para o sistema de aterramento, uma vez

que as hastes e cabos de cobre constituem-se de áreas nuas significativas, com baixa resistênciapara a terra;

– dificuldade de fornecer ao cobre o mesmo potencial do aço com proteção catódica, devido àssuas características de polarização catódica;

– aumento do custo da proteção catódica, devido ao super dimensionamento que se tornanecessário para os retificadores e anodos.

Para o perfeito acompanhamento do raciocínio e explanação aqui apresentados, o leitor maisinteressado no assunto deve consultar também o capítulo 15 da presente publicação, intituladoProteção catódica de tanques de armazenamento de petróleo e derivados.

13.2 MÉTODOS DE ATERRAMENTO ELÉTRICO

Como se sabe, o aterramento elétrico dos tanques em uma instalação industrial é feito,normalmente, mediante a construção de uma malha de aterramento com hastes do tipo copperweld ecabos de cobre nu, sendo as dimensões, locações, distribuição e quantidades de hastes e cabos,função da resistência de aterramento desejada e, em conseqüência, função das resistividadeselétricas do solo, no local.

Os tanques têm sido eletricamente aterrados, com as seguintes preocupações por parte dosprojetistas, construtores ou usuários:– oferecer um caminho de baixa resistência para as descargas atmosféricas que atinjam

diretamente o tanque ou nele induzam cargas estáticas;– possibilitar a descarga para a terra de cargas estáticas formadas no interior do tanque pelo atrito

de moléculas do seu conteúdo, durante as operações de enchimento ou de agitação.Em 1969, a já extinta Seção de Sistemas Elétricas do Setor de Utilidades da Divisão de

Engenharia do Departamento Industrial da Petrobras, publicou um trabalho que, mediante a análisede literatura proveniente de diversas entidades técnicas de renome internacional, conclui pelainutilidade de aterrar eletricamente os tanques metálicos, mesmo os destinados ao armazenamentode produtos inflamáveis.

Os trechos mais importantes das fontes consultadas naquela oportunidade são bastanteconclusivos e aparecem transcritos, em seguida, a título de ilustraç;ao.



13.2.1 American Petroleum Institute

API-RP-540 – Recommended Practice for Electrical Installation in Petroleum Refineries.

Comentários:As observações contidas nessa publicação dizem respeito ao aterramento de estruturas

metálicas, inclusive tanques, com vistas à proteção de suas fundações e, quando de altura elevada,com vistas à proteção de equipamentos localizados dentrod o seu cone de proteção. A norma nãofaz nenhuma referência quanto à proteção do tanque em si, ou do seu conteúdo, contra eletricidadeestática ou raio, mediante a construção de malha de aterramento elétrico.API-RP-2003 – Protection Against Ignition Arising Out of Static, Lightning and Stray Currents.

Comentários:No capítulo II dessa publicação, onde são tratados os aspectos relativos à eletricidade

estática, são sugeridas diversas medidas contra a sua formação no interior do tanque, sendo quenenhuma delas inclui o aterramento do costado ou da base do tanque.No capítulo III, relativo a raios, afirma-se categoriamente que o aterramento não aumenta nemdiminui a possibilidade de o tanque ser atingido por raio, além de não diminuir a possibilidade deignição do conteúdo do tanque.

13.2.2 National Bureau of Stantard HandbookCode for Protection Against Lightning

Comentários:Em sua edição de 1952, a publicação informa que não há registro de perfuração por raio em

tanques com tetos de espessura igual ou maior que 3/15”.

13.2.3 National Fire Protection AssociationFire Protection Handbook

Comentários:Na seção 17, do capítulo VII, da 12ª edição daquela publicação, está claramente indicado

que um tanque com fundação de concreto (fundação indireta) ou diretamente apoiado sobre o solo(fundação direta) é considerado eletricamente aterrado. Para melhor caracterizar o poblema, é dadoum exemplo de tanque não aterrado: trata-se de um tanque montado sobre u caminhão com os pneussecos (isentos de umidade). É ainda mencionado que, para uma resistência entre o costado e a terrainferior a 106 ohms, o costado do tanque permanece ao potencial de terra, ainda que hajam cargasestáticas na superfície do líquido. O Manual também reconhece que a instalação de um sistema deaterramento é uma media ineficaz para remover cargas estáticas.

No capítulo IX da mesma edição, que trata de raios, o Manual informa que quando háinteresse de proteger um tanque contra a ação de raios, devem ser empregados mastros ou fiosaéreos que mantenham o tanque a proteger dentro do seu cone de operação. Os tanques quepoderiam inspirar tais cuidados são somente aqueles com conteúdo inflamável, com ponto de fulgorabaixo de 37,8 ºC e sem dispositivo de proteção contra chamas nos respiros.

Ainda no mesmo capítulo XI, o Manual cita que tanques metálicos em contato direto com aterra, ou tanques elevados mas ligados a sistemas de tubulações, são considerados perfeitamenteaterrados. A publicação informa, ainda, baseaeando-se na experiência, que os tanques de tetosflutuantes, sem espaços com vapor, dispensam medidas de proteção e que os reservatórios de GLPtambém são considerados seguros, sob o ponto de vista da ação de raios.



13.2.4 American Oil CompanyHazards of Electricity – Booklet Nº

Comentários:No capítulo referente à Eletricidade Estática, 2ª edição – 1962, não é feita nenhuma

referência ao aterramento dos tanques. A publicação cita como exemplo de tanque isolado o mesmoexemplo a que se refere o Fire Protection Handbook, na NFPA, ou seja, um tanque montado sobreum caminhão com os pneus secos.

No capítulo sobre raios, a publicação diz com clareza que qualquer tanque de aço montadosobre a terra ou mesmo sobre base de concreto, possui resistência para a terra tão baixa quedispensa aterramento elétrico artificial, mesmo com a tubulação desconectada do tanque.

13.2.5 EssoEsso Engineering Standard B-14-86

ComentáriosEssa publicação considera desnecessário o aterramento de tanques com fundação direta

sobre terra ou areia.

13.2.6 Standard Handbook for Electrical EngineersSeção 17-642

Na seção 17-642, da 9ª edição dessa publicação, a umidade relativa do ambiente émencionada como fator de limitação na ocorrência de cargas estáticas, sendo que em regiões comumidade relativa acima de 65%, o acúmulo de cargas estáticas é praticamente impossível deocorrer.

13.3 ESTIMATIVA DAS RESISTÊNCIAS TANQUE/TERRA NA REPLAN

No mesmo trabalho referido anteriormente, publicado pela Petrobras em 1969, os autoresapresentam uma tabela com as estimativas, em função das características de construção dos tanquese do tipo de solo da região, das resistências de aterramento tanque/solo, para todos os tanques daRefinaria do Planalto, atualmente em operação na localidade de Paulínea, em São Paulo. Noscálculos foram considerados valores conservativos para as resistividades elétricas do solo econdições de isolamento do revestimento (uma camada de asfalto) das faces externas das chapasdos fundos dos tanques. Os resultados obtidos mostram que, em todos os casos, as resistências deaterramento estavam bastante abaixo do valor máximo de 106 ohm citado no Fire ProtectionHandbook, da NFPA.

Por outro lado, as medições que temos realizado em vários parques de tanques, mesmo osconstruídos em locais de alta resistividade elétrica, têm apresentado valores também abaixo daquelelimite, o que atesta a correção dos cálculos acima referidos.

13.4 CONCLUSÕES

Pela análise das fontes consultadas e tendo em vista a experiência acumulada ao longo dosanos com o projeto, a montagem e a operação de vários sistemas de proteção catódica para as basesde tanques de armazenamento de diversos parques de tanques em todo o Brasil, apresentamos, emseguida, nossas conclusões a respeito do assunto:• o aterramento elétrico dos tanques, com o auxílio de hastes e cabos elétricos de cobre nu, é umprocedimento desnecessário para eliminar a ação de raios e eletricidade estática naquelasconstruções;



• o mesmo procedimento, além de oneroso na maioria das vezes, dificulta a proteção catódica dasfaces externas das bases dos tanques, com o agravante de acelerar o processo corrosivo daquelasestruturas;• considerando que, na grande maioria dos casos, dependendo das resistividades elétricas do solo, asfaces externas dos tanques precisam ser protegidas catodicamente contra a corrosão que nelasincidem, julgamos, além de desnecessário, bastante inconveniente o procedimento de aterrar ostanques com hastes e cabos de cobre nu.Na hipótese de, a despeito das considerações acima, o projetista dos tanques ou o proprietário dasinstalações julgar conveniente a construção de aterramento elétrico, devem ser utilizadas hastes deaterramento fabricadas de um material anódico em relação ao aço, como o magnésio, o zinco e oalumínio, recomendando-se, nesse caso, a utilização de anodos galvânicos de zinco (como osusados nos sistemas de proteção catódica), com enchimento condutor de baixa resistividade elétrica(mistura de gesso, bentonita e sulfato de sódio) e a utilização de cabos elétricos de cobre revestidos.As técnicas para a utilização dos anodos de zinco em sistemas de aterramento elétrico são descritasno capítulo 12.



CAPÍTULO 14Proteção Catódica de Tubulações Enterradas e Submersas

14.1 INTRODUÇÃO

As tubulações de aço são largamento utilizadas para o transporte e distribuição de petróleo eseus derivados, produtos químicos, água, esgoto, gás e, mais modernamente, produtos sólidos,como minério de ferro e fosfato. Por questões de segurança, essas tubulações são construídasenterradas e protegidas contra a corrosão, constituindo-se, assim, na principal aplicação dossistemas de proteção catódica.

O presente capítulo trata da proteção dessas importantes construções metálicas, enterradasou submesas,

14.2 PROTEÇÃO CATÓDICA PARA TUBULAÇÕES ENTERRADAS

As tubulações enterradas podem ser protegidas catodicamente com o auxílio de anodosgalvânicos ou por meio de retificadores de corrente. A escolha de um ou outro método depende dasinformações colhidas durante os trabalhos de levantamento de campo, conforme mostado nocapítulo 3.

14.2.1 Proteção Catódica com Anodos Galvânicos

Os anodos galvânicos, ou anodos de sacrifício, são normalmente escolhidos quando seprecisa de pouca quantidade de corrente para proteger a tubulação (revestimento de boa qualidade etubulação de pequenas dimensões) e quando o solo possui baixa resistividade elétrica. A vantagemda utilização dos anodos galvânicos para proteger tubulações enterradas é a de não requerer fonte desuprimento de corrente alternada na região de construção da tubulação. As desvantagens são asseguintes:– a quantidade de corrente fornecida à estrutura é l imitada pela diferença de potencial,

bastante baixa, entre os anodos e a tubulação;– a proteção ficará muito difícil e antieconômica se as resistividades elétricas do solo, no

local, não forem suficientemente baixas;– se o revestimento dos tubos não for muito bom, ou se a tubulação tiver grande diâmetro e

grande comprimento, a proteção com anodos galvânicos ficará também muito cara, devido àgrande quantidade de anodos a ser utilizada;

– se a tubulação estiver sujeita a correntes de fuga provenientes, por exemplo, de uma estradade ferro eletrificada, dificilmente os anodos galvânicos serão suficiente para a proteçãonecessária.Pela análise dos itens acima, verificamos que as limitações dos sistemas galvânicos são

grandes, o que nos leva a concluir que esse tipo de instalação não é muito comum para a proteçãode tubulações enterradas.

Quando um ou mais anodos galvânicos são ligados a uma tubulação metálica enterradasurge uma pilha galvânica, conforme mostrado na figura 2.1 do capítulo 2. A corrente gerada poressa pilha galvânica abandona o anodo, caminha pelo solo e penetra na tubulação, tornando maisnegativo o potencial do tubo, protegendo-o contra a corrosão.

Para a utilização em solos, o magnésio e o zinco são os materiais utilizados, sendo que, paraa água do mar, o zinco e, mais recentemente, o alumínio, são os melhores anodos. Esses metais,utilizados em ligas apropriadas, são eletronegativos em relação ao aço, podendo protegê-lo.

Os anodos galvânicos são geralmente enterrados envoltos em uma mistura de gesso,bentonita e sulfato de sódio, que é utilizado como enchimento condutor. Esse enchimento permite adiminuição da resistividade elétrica anodo/solo, reduz os efeitos da polarização do anodo e distribuiuniformemente o seu desgaste.



As características mais importantes de um anodo galvânico, além da composição química,são o seu potencial em circuito aberto (potencial medido em relação ao solo, utilizando um eletrodode referência), a sua capacidade de corrente (expressa normalmente em A.h/kg) e sua eficiênciaeletroquímica (expressa em %). A tabela 6.1, do capítulo 6, mostra a comparação desses valorespara os anodos de zinco, magnésio e alumínio.

A figura 14.1 mostra um esquema típico da instalação de um sistema galvânico de proteçãocatódica para uma tubulação enterrada.

Figura 14.1 – Esquema galvânico da distribuição de leitos de anodos galvânicos ao longo de uma tubulação enterrada.

14.2.2 Proteção Catódica por Corrente Impressa

O segundo método de aplicação de proteção catódica em uma tubulação metálica enterradaou submersa, conforme mostrado na figura 2.2 do capítulo 2, utiliza uma fonte externa de forçaeletromotriz, sendo, por isso mesmo, denominado como método por corrente impressa. As fontesexternas de força eletromotriz, largamente utlizadas na prática, são os retificadores, equipamentossimples que, alimentados por um circuito de corrente alternada, fornecem a corrente contínuanecessária para a proteção catódica da tubulação.



Foto 14.1 – Retificador de corrente instalado para a proteção catódica de uma tubulação enterrada.

Os sistemas por corrente impressa são os mais utilizados para a proteção de tubulaçõesenterradas, uma vez que possuem as seguintes vantagens sobre os sistemas galvânicos:– possibilidade de fornecer maiores quantidades de corrente;– possibilidade de controlar as quantidades de corrente fornecidas;– possibilidade de ser aplicado em quase todos os tipos de solo, mesmo naqueles de elevada

resistividade elétrica;– possibilidade de ser aplicado, com sucesso, para a proteção de estruturas nuas ou

pobremente revestidas;– possibilidade de ser aplicado, com economia, para a proteção de estruturas metálicas de

grande porte.No sistema de corrente impressa, uma pilha eletrolítica é criada de propósito, na qual

fazemos com que a estrutura a ser protegida funcione como catodo e a cama de anodos utilizadalibere corrente para o solo. Os anodos mais utilizados são construídos de grafite ou de ligasmetálicas, como as de ferro-silício e ferro-silício-cromo.

Construídos de materiais apropriados, os anodos, ao liberarem corrente para o solo, sofremdesgaste suave, que depende do material utilizado e da densidade de corrente A/m2 aplicada nassuas supefícies (ver tabela 6.2 do capítulo 6). Quando convenientemente dimensionados, os anodosde corrente impressa possuem vida superior a 20 ou até 30 anos, sendo extremamente econômicos.

A grande vantagem desse método é a possibilidade de poder-se regular, com extremafacilidade, em função das medições dos potenciais tubo/solo, a corrente de proteção catódicaliberada pelos anodos, mediante ajustes nos taps de saída do retificador.

O retificador constitui-se, basicamente, de um transformador, que abaixa a tensão dealimentação para o valor desejado no circuito de proteção catódica, de uma coluna retificadora, quepode ser construída com placas de selênio ou com diodos de silício, e de dois instrumentos comunspara as medições das voltagens e das correntes de saída, além dos dispositivos normais de proteção.



Os anodos são instalados na posição vertical ou horizontal, sendo comum o uso deenchimento condutor de coque metalúrgico moído. Quando o coque é conveniemente compactadoem torno do anodo, obtém-se menor resistência de saída da corrente para o solo, além dadiminuição do consumo do anodo, uma vez que boa parte da corrente é descarregada por intermédiodo coque metalúrgico.

Na figura 14.2 podemos observar a distribuição dos equipamentos de proteção catódica aolongo de uma tubulação protegida por corrente impressa, incluindo um sistema de drenagem dascorrentes tubo/trilho no cruzamento com uma estrada de ferro eletrificada, a instalação de umacaixa de medição e interligação no cruzamento com uma tubulação estranha, a instalação de juntasisolantes com os respectivos dispositivos de proteção e a distribuição de pontos de teste para asmedições dos potenciais tubo/solo.

Figura 14.2 – Esquema típico de distribuição de um sistema de proteção catódica por corrente impressa para uma tubulação enterrada.

14.2.3 Como Saber se a Tubulação está Protegida Catodicamente

O potencial tubo/solo tem sido usado ao longo dos anos como medida de avaliação dofuncionamento do sistema de proteção catódica de uma tubulação enterrada ou submersa.Para a medição do potencial tubo/solo utiliza-se um voltímetro especial com alta resistência interna(100.000 ohm/volt) e um eletrodo de referência de Cu/CuSO4, quando a tubulação for enterrada, ouum eletrodo de Ag/AgCl, quando a tubulação estiver submersa.

Os valores limites dos potenciais tubo/solo, para proteção catódica das tubulações, são osseguintes:– tubulações enterradas: potencial igual ou mais negativo que –0,85 V, medido com o

eletrodo de Cu/CuSO4, ou uma elevação mínima de 0,25 V a 0,30 V, no campo negativo, dopotencial natural da tubulação;

– tubulações submersas: potencial igual ou mais negativo que –0,80 V, medido com oeletrodo de Ag/AgCl, ou uma elevação mínima de 0,25 V a 0,30 V, no campo negativo, dopotencial natural da tubulação.



Medindo-se os potenciais tubo/solo, ao longo de toda a linha, temos condições de garantir,se todo sos pontos levantados apresentarem potencial igual ou mais negativo que –0,85 V, ouvariação mínima de 0,25/0,30 V, que a tubulação encontra-se totalmente isenta de corrosão. Asmedições são feitas em pontos criteriosamente localizados ao longo da tubulação, chamados pontosde teste. A figura 2.3 do capítulo 2 mostra o esquema de medição do potencial tubo/solo de umatubulação enterrada.

14.2 PROTEÇÃO CATÓDICA PARA EMISSÁRIOS SUBMARINOS

Os emissários submarinos construídos em aço, normalmente revestidos e dotados deencamisamento de concreto para flutuação negativa, sofrem ataque corrosivo severo devido àscaracterísticas da água do mar, de baixíssima resistividade elétrica. A proteção catódica, tambémnesses casos, é requisito indispensável para eliminar totalmente o ataque corrosivo externo a queficam submetidos os tubos de aço.

Para essas estruturas podem ser utilizados tanto os anodos galvânicos quanto os sistems porcorrente impressam, sendo esses últimos os preferidos, uma vez que proporcionam maioresfacilidades de montagem, vida mais longa e custo mais baixo, devido às grandes quantidade decorrente requeridas para a proteção do aço na água do mar.

Para a proteção galvânica, nesses casos, os anodos de zindo ou alumínio são os maisindicados, de preferência sob a forma de braçadeiras, fixados ao longo da superfície de aço datubulação do emissáio.

Exemplos típicos da aplicação dos anodos galvânicos sob a forma de braçadeira, são osoleodutos e gasodutos submarinos utilizados para o escoamento de petróleo ou gás dos poços nomar.Nos sistemas por corrente impressa, os anodos mais indicados são os de ferro-silício-cromo,lançados no fundo do mar e interligados por meio de um cabo elétrico ligado ao pólo positivo doretificador, conforme mostrado na figura 14.3.

Figura 14.3 – Esquema típico de sistema de proteção catódica por corrente impressa para um emissário submarino.

14.4 PROTEÇÃO CATÓDICA DE TUBOS-CAMISA PARA POÇOS PROFUNDOS

Os tubos-camisa dos poços de água e de petróleo, tal como as tubulações enterradas, ficamsujeitos, também, à incidência de corrosão severa, devido às variações da composição química, grade aeração e resistividade elétrica do solo em contato com estrutura de aço. A corrosão, nesses



casos, se apresenta mais severa, uma vez que essas estruturas, de um modo geral, não são revestidasexternamente.

Em vários países, e mesmo aqui no Brasil, existem notícias sobre o colapso de vários poçosdesse tipo, causados pela corrosão do solo.A proteção catódica, nesses casos, constitui-se na única solução tecnicamente viável eeconomicamente recomendável, podendo, como nos casos anteriormente apresentados, serconseguida tanto com os anodos galvânicos quanto com a utilização de corrente impressa,dependendo das características do solo e das dimensões do poço a proteger.

14.5 CONCLUSÕES

De acordo com o exposto e considerando os excelentes resultados obtidos através dos anosem várias instalações no mundo inteiro, concluímos que a técnica da proteção catódica é o únicométodo seguro e econômico para garantir proteção contra a corrosão das tubulações metálicasenterradas ou submersas, como os oleodutos, gasodutos, minerodutos, linhas de incêndio, linhas deprocesso em unidades industriais, adutoras, emissários submarinos, linhas de escoamento depetróleo ou gás e tubos-camisa de poços de água ou de petróleo.



CAPÍTULO 15Proteção Catódica de Tanques de Armazenamento de Petróleo e Derivados

15.1 INTRODUÇÃO

Os tanques metálicos para armazenamento de petróleo e derivados estão sujeitos a processoscorrosivos internos e externos, ocasionados pela presença de eletrólitos agressivos.

A proteção anticorrosiva para as partes aéreas constitui-se de pintura ou revestimento. Aspartes enterradas ou em contato com o solo, partes submersas ou, ainda, partes internas submersas,são protegidas com o auxílio dos sistemas de proteção catódica, em complementação aosrevestimentos.

A importância de um controle adequado da corrosão em tanques de armazenamento vemaumentando consideravelmente à medida em que se projetam tanques com maior capacidade, nosquais os custos de parada e de manutenção são extremamente elevados.

15.2 TIPOS DE TANQUES DE ARMAZENAMENTO

15.2.1 Tanques Aéreos Apoiados no Solo

Os tanques aéreos apoiados no solo são muito usados na indústria de petróleo, indústriapetroquímica e nas companhias de distribuição de derivados de petróleo e álcool.Esses tanques são montados em bases, destacando-se dois tipos:– tanques de base com fndação direta: quando o fundo do tanque é montado na supefície de uma

base constituída da compactação do solo, seguindo-se a compactação de uma camada de areia ebrita, no interior de um anel de concreto;

– tanques de base, com fundação indireta: quando o fundo do tanque é montado sobre uma laje deconcreto, moldada sobre estacas previamente cravadas.

15.2.2 Tanques Enterrados

Os tanques metálicos totalmente enterrados são, de um modo geral, cilíndricos. Esse tipo detanque é muito usado para o armazenamento de derivados de petróleo, álcool e produtos químicos,nos postos de serviço e em unidades industriais.

15.2.3 Tanques Submersos

Os tanques metálicos submersos são usados apenas em casos especiais, como noarmazenamento de petróleo proveniente de campos submarinos.

15.3 PROTEÇÃO CATÓDICA

Os fundos dos tanques de armazenamento, aéreos, apoiados no solo, e as superfíciesexternas dos tanques enterrados, são revestidos, precariamente, á base de piche ou de asfalto. Assuperfícies internas dos tanques de armazenamento de petróleo possuem pintura à base de epóxi.Os problemas de corrosão dos fundos dos tanques apoiados no solo e das superfícies externas dostanques enterrados são grandes, principalmente quando a resistividade elétrica do solo é média oubaixa (abaixo de 50.000 ohm.cm). Nesses casos, torna-se necessária a instalação dos sistemas deproteção catódica, como a única solução tecnicamente segura para eliminar a corrosão e garantir asegurança operacional dos tanques.Descrevemos, em seguida, as principais orientações a serem adotadas para a implantação dossistemas de proteção catódica nos tanques de armazenamento.



15.3.1 Proteção Catódica Interna dos Tanques de Petróleo com Lastro de Água

O petróleo bruto e seus derivados não são eletrolíticos e não causam problemas de corrosão.Entretanto, a presença de água salgada ou doce no interior dos tanques é bastante comum,principalmente a primeira, parte integrante do petróleo bruto, fazendo com que os problemas decorrosão apareçam.

O sistema de proteção catódica galvânico é muito utilizado nesses casos, sendo que osanodos são soldados na chapa do fundo, ficando submersos na coluna de água depositada dentro dotanque.

Os anodos mais usados são os de zinco e de alumínio. Os anodos de magnésio são usadosapenas quando o eletrólito é água doce, porque para a água salgada a eficiência do magnésio émuito baixa. O dimensionamento dos anodos pode ser feito de acordo com o capítulo 5.Após dimensionados, os anodos são distribuídos no interior do tanque, de modo que a corrente sejainjetada em toda a superfície a proteger. A figura 15.1 mostra um tipo de distribuição, com oobjetivo de proteger apenas a supefície interna do fundo.

Figura 15.1 – Proteção catódica galvânica interna de um tanque.

15.3.2 Proteção Catódica Externa

Todos os três tipos de tanque estão sujeitos a processos de corrosão causados pelo solo oupela água.

Os tanques aéreos apoiados no solo, que constituem a grande maioria dos tanques paraarmazenamento de petróleo e derivados, necessitam quase sempre de proteção catódica externa. Emprimeira aproximação, apenas os tanques sobre bases de concreto muito elevadas e com boaimpermeabilização entre a base e a chaparia do fundo estariam isentos de corrosão.

Os tanque enterrados precisam sempre ser protegidos catodicamente, a não ser que esteamconstruídos em solos com resistividade elétrica muito alta.Sob o ponto de vista econômico, o custo do controle da corrosão é sempre bem menor que os custosde manutenção e lucros cessante ocasionados por parada do tanque devido a esse tipo de problema.

Os tanques apoiados no solo são, na maioria das vezes, protegidos com sistemas porcorrente impressa. Eventualmente, a proteção de um tanque isolado de pequeno porte, instalado emsolo de baixa resistividade elétrica, pode ser feita com anodos galvãnicos.



Os tanques enterrados são protegidos com anodos galvânicos, quando a resistividade elétricado solo é menor que 6.000 ohm.cm, e com sistemas por corrente impessa quando a resistividadeelétrica do solo for mais alta.

O isolamento elétrico dos tanques apoiados no solo é uma prática às vezes necessária, a fimde concentrar a corrente de proteção, evitando as fugas para instalações estranhas.

O isolamento elétrico é feito, nas tubulações ligadas aos tanques, por meio de juntasisolantes convencionais ou prefabricadas, conforme mostrado no capítulo 6.

A proteção galvânica externa dos tanques apoiados ou enterrados pode ser feitaindividualmente para cada tanque, consistindo na ligação direta de anodo, ou leito de anodos. Osanodos usados são os de magnésio ou zinco, dependendo da resistividade elétrica do solo. Odimensionamento dos anodos pode se feito de acordo com as orientações do capítulo 5. A figura15.2 mostra alguns esquemas típicos de instalação para os tanques apoiados no solo e a figura 15.3mostra o esquema típico de montagem para um tanque cilíndrico enterrado.

Figura 15.2 – Esquemas típicos de proteção galvânica externa para tanques apoiados no solo.



Figura 15.3 – Esquema típico de proteção galvânica externa para um tanque enterrado.

A proteção catódica externa por corrente impressa é utilizada, de modo geral, para todos ostipos de tanques, com qualquer disposição e em todos os tipos de eletrólito, constituindo-se, assim,na prática mais comum de controle de corrosão externa de tanques metálicos.

A utilização de proteção por corrente impressa é feita normalmente para grupos de tanquese, apenas em casos especiais, para tanques individuais. O dimensionamento do sistema pode serfeito de acordo com as mesmas orientações do capítulo 5. A proteção pode ser feita de uma dasduas maneiras abaixo:• proteção dirigida apenas aos tanques: para este tipo de proteção torna-se necessário oisolamente de todos os tanques das demais estruturas vizinhas, seguindo-se uma interligação entreeles por cabos elétricos.

Este procedimento é particulamente adotado quando há grande quantidade de estruturasenterradas próximas aos tanques e que não se deseje proteger;• proteção global: este tipo de proteção é o mais freqüentemente utilizado, sendo que a proteção édirigida não só aos tanques mas, também, a todas as estruturas no parque de tanques, incluindotubulações, eletrodutos e malhas de aterramento elétrico.

Com este procedimento, tem-se um menor aproveitamento da corrente injetada para aproteção dos tanques, principalmente devido à inclusão da malha de aterramento elétrico nocircuito.

A figura 15.4 mostra os esquemas típicos de instalação que podem ser usados para aproteção por corrente impressa externa de tanques apoiados no solo, e a figura 15.5 apresenta umesquema de instalação que pode ser usado para a proteção por corrente impressa para os tanquesenterrados de um posto de serviço.



Figura 15.4 – Esquemas típicos de proteção externa por corrente impressa para tanques apoiados no solo.

Figura 15.5 – Esquema típico de instalação de um sistema por corrente impressa para os tanques enterrados de um posto de serviço.



Tem sido prática comum o aterramento elétrico dos tanques metálicos para proteção contraeletricidade estática e raios.

Estudos recentes demonstram, entretanto, não ser necessário o aterramento de tanquesaéreos apoiados no solo, quer nos de base com fundação direta, quer nos de base com fundaçãoindireta.

A razão principal de dispensar-se o aterramento está no fato de que, em climas úmidos e atémesmo nos secos, uma resistência tanque-terra da ordem de 106 ohms é suficiente para dissipareletricidade estática, e ainda porque o aterramento de tanques não aumenta nem diminui apossibilidade de os mesmos serem atingidos por raios.

Os aterramentos, quando utilizados, constituem problema para a proteção catódica dostanques, pelas seguintes razões:– sendo os aterramentos instalações de baixa resistência ligadas em paralelo com os tanques,

dividem com aqueles parcelas consideráveis da corrente de proteção;– as superfícies dos aterramentos de cobre são áreas adicionais, normalmente nuas, que

consomem grande quantidade de corrente do sistema de proteção catódica.Os tanques metálicos apoiados, por possuírem grandes superfícies em contato com o solo,

principalmente grandes tanques ou grupos de tanques, são considerados auto-aterrados. Entretanto,quando se deseja aterrá-los, devem ser preferidos materiais metálicos anódicos em relação ao aço,como o zinco e o magnésio. O aterramento convencional de cobre deve sempre ser evitado porque,além de dificultar a proteção catódica, tem sido a causa freqüente de grandes problemas de corrosãodevido à forte pilha formada, aço/cobre, conforme mostrado com mais detalhe no capítulo 13.

15.4 CRITÉRIOS DE PROTEÇÃO

Os potenciais de proteção para tanques metálicos de aço são os valores universalmenteaceitos de –0,85 V em relação à semi-célula de Cu/CuSO4, e –0,80 V em relação à semi-célula deAg/AgCl.

Para tanques aéreos apoiados no solo é comum verificar-se o potencial em quatro pontos nasbordas dos tanques e, excepcionalmente, em outras posições como na parte central do fundo,quando são instalados eletrodos de referência permanente durante a fase de montagem do tanque.

Em tanques apoiados de grande diâmetro, a maior dificuldade consiste sempre em proteger ocentro do tanque.

Para garantia de proteção no centro, um posicionamento criterioso dos anodos deve serrealizado. Um posicionamento inadequado levaria a proteção a restringir-se, provavelmente, a umanel próximo à periferia.

Em sistemas bem projetados, é comum adotar-se, como critério de proteção, o fato de queum potencial de –1,0 V em relação à semi-célula de Cu/CuSO4, na borda, garante um potencialmínimo de –0,85 V no centro. O mais seguro, no entanto, é a colocação de eletrodos de referênciapermanente no centro do tanque. O eletrodo permanente mais usado, para esta finalidade, é o dezinco, cujo potencial de proteção deve ser igual ou menos positivo do que +0,25 V.

15.5 Distribuição da Corrente em Grupo de Tanques

A distribuição da corrente para tanques, no caso de grupo de tanques, é função direta doposicionamento dos anodos e da resistividade do solo ao longo dos tanques.

Deve-se procurar um posicionamento para os anodos que permita a melhor distribuiçãopossível da corrente injetada.

Por outro lado, como sempre há um ligeiro desequilíbrio em termos de resistividade, écomum os tanques apresentarem pontos com valores de potenciais além do mínimo necessário, oque, no entanto, não causa qualquer prejuízo.



15.6 CONCLUSÃO

A proteção catódica é um excelente processo de controle de corrosão para tanques metálicosde aço apoiados no solo ou enterrados. Sua aplicação é simples e econômica, devendo, entretanto,se criteriosamente estudada, para que se obtenham resultados satisfatórios.



CAPÍTULO 16Proteção Catódica para Piers de Atracação de Navios

16.1 INTRODUÇÃO

O emprego de estruturas de aço nas construções marítimas é uma prática muito difundidadee aceita no mundo inteiro, em virtude da suas excelentes propriedades mecânicas, associadas a umcusto global muito atraente, especialmente nas instalações de grande porte, mesmo sabendo-se quea agressividade da água do mar é das mais intensas.

O sucesso desse material, entretanto, deve-se fundamentalmente ao desenvolvimento de umatecnologia de prevenção e combate à corrosão, de custo baixo e resultados comprovados, de modo apreservar, por um tempo muito longo, a integridade dessas estruturas: o emprego adequado deproteção catódica, associado ou não a um revestimento.

O objetivo deste capítulo é rever o mecanismo da corrosão do aço pela água do mar, paramostrar como a proteção catódica, associada ao revestimento das estruturas, proporciona suaproteção integral.

16.2 CARACTERÍSTICAS DAS ESTRUTURAS

Quanto à forma, as estruturas metálicas usadas nessas construções são constituídasessencialmente de estacas tubulares (tanto para pontes como para dolfins e plataformas deatracação) e estacas-prancha que são empregadas nas construções de células para apoio dasplataformas de atracação e similares, construção de cortinas metálicas em cais e outras instalações.

As estacas-prancha (sheet pilings) são fabricadas com os mais variados formatos. Quanto àcomposição química, é comum usar-se nestes perfis um aço com cerca de 0,5% de cobre, o quemelhora as propriedades de resistência à corrosão pela água do mar.

Foto 16.1 – Estacas tubulaes cravadas no mar para construção de um pier de atracação de navios.



16.3 CARACTERÍSTICAS DA ÁGUA DO MAR

A agressividade da água do mar está diretamente ligada ao teor de sal. Em geral, a salinidadedos oceanos é praticamente constante, situando-se em torno de 3,5% a 4%. Os mares fechados e osisolados geralmente se afastam destes valores, às vezes para menos e às vezes para mais.

Esta salinidade é representada aproximadamente pela composição química mostrada natabela 16.1.

TABELA 16.1

Teores Aproximados de Sais que Constituem a Água do MarSal Teor (%)NaCl 77,8Mg Cl2 10,9Mg SO4 4,7Ca SO4 3,6K2 SO4 2,5Ca CO3 0,3Mg Br2 0,2

Os sais dissolvidos fazem com que a água do mar seja um excelente eletrólito, apresentandobaixa resistividade elétrica. Quanto mais baixa a resistividade elétrica da água do mar, tanto maisfacilmente se desenvolverá o processo eletroquímico da corrosão, como veremos mais adiante.

A resistividade média da água do mar, medida em função de trabalhos realizados em váriospaíses, situa-se na faixa de 20 a 100 ohm.cm. Em baías que recebem rios, tornando a água salobra,podemos encontrar resistividade de até 1.200 ohm.cm.

Apresentamos na tabela 16.2 alguns valoes que temos encontrado, em fnção de mediçõesrealizadas em várias regiões do nosso litoral.

TABELA 16.2

Resistividades Elétricas Médias da Água do Mar em Alguns Pontos do Litoral BrasileiroLocal Resistividade elétrica

Média (ohm.cm)Costa de Sergipe – a 12 milhas do litotal (1971) 23Costa de Sergipe – no litoral (1970) 65Bahia – Terminal de Madre de Deus, da Petrobras (1970) 34Baía da Guanabara – Terminal da Petrobras (196) 45Canal de S. Sebastião – Terminal da Petrobras (1970) 30Canal do Porto de Santos – Pier da Ultrafértil (Piaçaguera) (1967) 18Guarujá (SP) – Terminal da Dow Química (1971) 31Costa do Rio Grande do Sul – Tramandaí – Terminal da Petrobras (1970) 48Costa do E. Santo – Terminal da SAMACO (1977) 52Angra dos Reis – Terminal da Petrobras (1976) 50

Além destas propriedades, é importante frisar que certos íons são particularmente agressivosa vários materiais, principalmente o cloreto (Cl–), que destrói a passividae até de aços inoxidáveis,ocasionando corrosão por pites.

Outro fator que agrava o índice de corrosividade da água do mar é a poluição, uma vez que aresistividade elétrica, de um modo geral, diminui em baías poluídas.



16.4 CORROSÃO DO AÇO PELA ÁGUA SALGADAA corrosão do aço pela água do mar, de um modo geral, em função de experiências

realizadas em diversas instalações marítimas de vários países, pode ser considerada como sendo deaproximadamente 0,005” por ano, quando as condições são normais.

Existen, entretanto, uma série de fatores que fazem com que esta taxa sea grandementeelevada, contribuindo para o colapso da estrutua em tempo bastante curto. A literatura especializadaregistra casos de estruturas metálicas de piers de atracação que falharam após 10 anos de serviço.

Os fatores que mais influem paa a variação dessa taxa de corrosão são o emprego derevestimentos protetores, a ocorrência de pites na estrutura, a velocidade da água do mar, as marés,a poluição, o tipo de estrutura, a resistividade elétrica da água, o pH e o grau de aeração do meio.

A corrosão em tais condições é de natureza eletroquímica. Ocorre em função dos fatoresacima descritos e em conseqüência das heterogeneridades que existem na supefície dos açoscomuns. Essas heterogeneidades resultam de várias causas, dentre as quais podemos citar a variaçãona composição química dos grãos que constituem a estrutua metalográfica, a prsença de inclusõesnão metálicas e a existência de tensões internas diferenciais, resultantes de processo deconformação, soldagem e outras causas.

Em conseqüência, há o aparecimento de pilhas de corrosão na superfície metálica, causandosua destruição.

Nas áreas anódicas, o ferro perde elétrons, ocasionando a dissolução do metal segundo umareação anódica.

Fe → Fe++ + 2e

Conseqüentemente, surgem as reações catódicas, que ocorrem na água auxiliadas pelamigração, através de massa metálica, dos elétrons liberados. Essas reações catódicas dependem domeio, o qual pode ser ácido ou alcalino e ter diferentes graus de aeração. Considerando o meioneutro e aerado, a reação que se processa é a seguinte:

H2O + ½ O2 + 2e → 2OH–

O resultado das duas reações acima é a reação de corrosão que pode ser expressa pelasequações:

Fe + H2O + ½ O2 → Fe++ + 2 OH–

Fe++ + 2 OH– → Fe (OH)2

Uma vez que o meio é aerado, a transformação continua conduzindo à formação do óxido deferro hidratado, de cor avermelhada, conhecido vulgamente como ferrugem, responsável pelaacentuada deterioração das estruturas metálicas marítimas. A equação abaixo mostra essatransformação.

2Fe (OH)2 + H2O + ½ O2 → 2Fe (OH)3 ou 2Fe2 O3 H2O

Em geral, nas estruturas marítimas distinguimos cinco zonas bem distintas, apresentandotaxas de corrosão também diferentes, conforme esquematicamente ilustrado na figura 16.1.



Figura 16.1 – Variação das taxas de corrosão de uma estaca submersa. 1 – Zona aérea; 2 – zona sujeita a respingos; 3 – zona de variação de maré;

4 – zona constantemente submersa; 5 – zona enterrada.

16.5 SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA

A proteção catódica constitui-se no mais eficiente processo para a proteção das estruturasmetálicas constantemente submersa sna água do mar. Consiste basicamente em fornecer, àsuperfície que se deseja proteger, um permanente fluxo de elétrons,d e tal maneira que se tenhasomente reações catódicas, eliminando-se com isso o desgaste da estrutura.

De acordo com a maneira pela qual o fluxo de elétrons é fornecido à superfície metálica,temos os dois sistemas básicos de proteção catódica, que são o sistema galvânico e o sistema porcorrente impressa.

A escolha de um ou outro sistema depende das condições de cada instalação, associadas aofator econômico. Ambos os sistemas apresentam vantagens e desvantagens relativamente um aooutro. Contudo, não é difícil a avaliação criteriosa dessas condições para se chegar a uma boadecis;ao.

16.5.1 Sistema Galvânico

No sistema galvânico ligamos eletricamente ao aço certos materiais, formando pilhas, cujasreações são semelhantes às apresentadas anteriormente, estabelecendo-se um fluxo de elétrons quealcança a estrutura, modificando-lhe o potencial.

Os materiais normalmente utilizados, tradicionalmente encontrados no mercado, constituem-se de ligas de zinco, ligas de magnésio e ligas de alumínio. Estes materiais são muito mais ativosque o aço, na água do mar, funcionando como anodo de sacrifício, conforme ilustradoesquematicamente na figura 16.2.



Figura 16.2 – Proteção catódica galvânica para pier.

O potencial estático (sem proteção) do aço no mar é da odem de –0,55 V, medido emrelação à semi-célula de Ag/AgCl.

As ligas de zinco e as de alumínio apesentam, em relação àquela semi-célula, um potencialestático de –1,10 V, enquanto as de magnésio podem atingir até –1,60 V.Na tabela 6.1 do capítulo 6, apresentamos ma comparação das principais características dos trêstipos de anodos.

A modificação do potencial em conseqüência da passagem de uma corrente elétrica chama-se polarização e ocorre tanto no anodo como no catodo, dependendo de vários fatores.

A polarização do aço a um potencial de –0,80 V em relação à citada semi-célula éuniversalmente aceita como m critério de p roteção integral da estrutura. Existem outros critérios deproteção igualmente aceitos, conforme mostrado no capítulo 2.

O sistema galvânico para instalações de grande porte geralmente implica em custo inicialelevado, uma vez que a intensidade da corrente depende da forma, da distribuiçõ e do número deanodos, e sua vida depende da massa total dos anodos instalados, conforme mostrado no capítulo 5.

Um fato importante que não pode deixar de se considerado é a observância rigorosa dosrequisitos de composição química dos anodos, de qualque um dos três tipos acima referidos.

16.5.2 Sistema por Corrente Impressa

No sistema de proteção catódica por corrente impressa, a corrente elétrica de proteção éprovida por uma fonte externa de força eletromotriz, diferentemente do sistema anterior, combinadocom o uso de anodos, conforme ilustrado na figura 16.3.



Figura 16.3 – Proteção catódica por corrente impressa para pier.

Os anodos são empregados com o objetivo de completar o circuito e, para a sua fabricação,empregam-se materiais, tanto quanto possível, inertes no meio aquoso.

Os materiais normalmente usados como anodos em sistemas de corrente impressa para aproteção catódica de estruturas submersas são a grafite, liga de fero com alto teor de silício e baixocromo, liga de chumbo-antimônio-prata, e o titânio, nióbio ou tântalo com revestimento de platina.

Quanto à fonte externa de f.e.m. contínua, podemos usar uma bateria, um gerador, ou umretificador de corrente. Nos locais onde existe corrente alternada, a utilização do retificador é amelhor solução. Um retificador de corrente para sistemas de proteção catódica constitui-se,basicamente, de um transformador, para reduzir a voltagem de entrada da corrente alternada,combinando com o uso de elementos retificadores, que recebem a corrente alternada e a convertemem corrente contínua.

Como elementos retificadores são usados, normalmente, placas de selênio ou diodos desilício. As placas de selênio foram usadas, preferencialmente, durante muitos anos. Atualmente,porém, utilizam-se quase que exclusivamente os diodos de silício. As vantagens principais dosdiodos de silício são a sua alta eficiência e o seu envelhecimento praticamente desprezível, sendoque sua desvantagem é a indispensável proteção contra as oscilações de corrente. As placas deselênio são capazes de suportar as oscilações de corrente, mas possue a desvantagem deenvelhecerem com maior rapidez.

Os retificadores podem ser refrigerados a ar ou a óleo, dependendo das condiçõesatmosféricas do local onde estejam instalados. Considerando a agressividade da atmosferamarítima, é comum usar-se retificadores do tipo imerso em óleo.

Em piers de atracação operando com produtos explosivos, a instalação do sistema deproteção catódica precisa ser realizada com maiores cuidados, empregando-se, para isso,retificadores e acessórios à prova de explosão, o que torna o sistema um pouco mais caro.



16.5.3 Comparação Entre o Sistema Galvânio e o Sistema por Corrente Impressa

A escolha de um sistema para a proteção catódica de estruturas marítimas de piers deatracação depende de uma série de fatores, existindo vantagens e desvantagens para cada um deles.

Em termos gerais, prefere-se o sistema de proteção catódica por corrente impressa quando setem grandes superfícies a proteger e há disponibilidade de corrente alternada no local da instalação.

Na tabela 16.3 são comparadas as principais caracrterísticas sde cada um dos sistemas.

TABELA 16.3

Principais Características dos Sistemas Galvânicos e por Corrente ImpressaSistema por anodos galvânicos Sistema por corrente impressa

1) Não requer fonte externa de corrente. 1) Requer fonte externa de corrente..2) Em geral, econômico paa requisitos 2) Em geral, econômico para requisitos

de corrente de até 5 A. . de corrente acima de 5 A3) Não requer manutenção. 3) Requer manutenção.4) Possui vida limitada. 4) Pode ser projetado para vida bastante longa.5) Necessita de acompanhamento operacional. 5) Necessita de acompanhamento operacional.6) Usadao em eletrólitos de baixa resistência

Elétrica.6) Pode ser usado em eletrólitos de alta

resistividade elétrica.7) Não apresenta problemas de interferência com

estruturas7) Pode apresentar problemas de interferência

com estruturas estranhas.

Figura 16.4 – Esquema básico de proteção catódica por corrente impressa para estacas-prancha.

16.6 ZONA DE VARIAÇÃO DE MARÉ E DE RESPINGO

A zona sujeita a variações de marés e a zona de respingos constituem as regiões mais críticasda estrutura no que se refere à corrosão.



Para a proteção dessas zonas foram desenvolvidos revestimentos, à base de epóxi, que sãoaplicados com sucesso mesmo em superfícies molhadas, como é o caso.

Considerando que esses revestimentos geralmente são de custo elevado, faz-se um estudocriterioso de cada instalação, a fim de se determinar, em cada caso específico, qual a faixa mínimaque deve receber esta proteção, de modo a ficar inteiramente preservada.

O estudo é feito a partir do levantamento de um maregrama do local, abrangendo um períodode um mês, ou mais, de modo a incluir marés de sizígias e de quadraturas, permitindo uma visãoampla das áreas envolvidas, facilitando, assim, a definição técnica e econômica do problema.

Assim, a proteção das estruturas metálicas marítimas é feita de modo integral, preservando-asindefinidamente da ação destruidora da corrosão devida à água do mar.

16.7 CONCLUSÃO

Em face do que acaba de ser exposto, é fácil concluir-se que o emprego de aço nas construçõesmarítimas é, hoje em dia, uma prática absolutamente segura, do ponto de vista estrutural,apresentando, ainda, uma vida útil muito prolongada, desde que convenientemente protegido com oauxílio de um sistema de proteção catódica.



CAPÍTULO 17Proteção Catódica de Navios

17.1 INTRODUÇÃO

Uma da mais importantes aplicações da proteção catódica, nos últimos anos, tem sido nocontrole e combate à corrosão dos cascos de navios e embarcações construídos em aço.

O presente capítulo é uma condensação sobre o assunto, mostrando os princípios básicos dacorrosão e da proteção catódica nas superfícies dos casos dos navios (incluindo a proteção catódicainterna dos tanques de lastro), as orientações para a utilização dos tipos de proteção empregados(galvânica ou por corrente impressa), com dados comparativos sobre os dois sistemas, incluindoainda considerações importantes sobre o desempenho dos esquemas de revestimento normalmenteutilizados, em função das condições de operação do sistema de proteção catódica.

17.2 CORROSÃO E PROTEÇÃO CATÓDICA

A corrosão dos casos dos navios em contato com a água do mar é a destruição eletroquímicado aço provocada pela reação com a água. Essa destruição, responsável pro grandes prejuízos, sejapela necessidade da substituição de chapas de aço, ou pelo aumento da rugosidade das superfíciesdo casco, com conseqüente aumento no consumo de combustível utilizado para deslocamento donavio, é ocasionada sempre por um fluxo de elétrons que proporciona a transformação do aço,fazendo com que o mesmo retorne à sua forma primitiva, ou seja, o minério de ferro (óxido de ferrohidratado).

Para a eliminação da corrosão, nessas circunstâncias, utilizam-se revestimentos protetoresnas superfícies metálicas, complementados por um sistema de proteção catódica que consiste, emúltima análise, em modificar o potencial do casco, em relação à água, para um valor de imunizaçãoabaixo do qual a corrosão cessa totalmente, resolvendo o problema.

O casco fica completamente protegido quando polarizado com potencial de �0,80 V oumais eletronegativo, medido em relação a um eletrodo de prata/cloreto de prata (Ag/AlCl), ou comum potencial equivalente medido em relação a um outro eletrodo de referência, sempre posicionadopróximo ao ponto (ou região) onde se deseja medir as condições de proteção.

Nas aplicações práticas, para o caso de navios, os eletrodos de referência normalmenteutilizados são os de Ag/AgCl e os de zinco. Na tabela 17.1 encontram-se os potenciais mínimos deproteção segndo três diferentes tipos de eletrodos.

A figura 17.1 compara os diferentes potenciais fornecidos pelos eletrodos utilizados naprática e fornece uma idéia das zonas de corrosão, de proteção catódica e de super-proteção, sendoessa última prejudicial ao revestimento do casco do navio.

TABELA 17.1

Potenciais de Proteção para Cascos de Aço Medidos em Relação a Diferentes Tipos de Eletrodosde Referência

Eletrodo de Eletrólito Potencial de proteção em água domarcom resistividade elétrica de20 ohm.cm a 20 ºC

Ag/AgCl Água do mar –0,80 VCu/CuSO4 Solução saturada de CuSO4 –0,85 VZinco Água do mar +0,25 V



Figura 17.1 – Zonas de corrosão de proteção e de super-proteção do casco na água do mar.

A mudança do potencial do casco do navio, por intermédio de um sistema de proteçãocatódica, é conseguida através de inejção de corrente contínua em toda a supefície de aço abaixo dalinha d’água. Essa corrente é normalmente fornecida ao casco mediante a utilização de um dos doismétodos existentes: anodos galvânicos (placas de zinco ou alumínio, que possuem potencial maisnegativo que o do aço, fixadas e distribuídas ao longo do casco), ou corrente impressa (retificadorde corrente que, sendo uma fonte de força eletromotriz externa, distribui a corrente na superfície aser protegida, com o auxílio de anodos inertes, normalmente de chumbo-antimônio-prata ou detitânio com revestimento de platina).

17.3 PROTEÇÃO CATÓDICA GALVÂNICA

A proteção catódica galvânica, ou por anodos galvânicos, consiste na fixação de anodos, dezinco ou de alumíinio, na supefície de aço do navio que se deseja proteger. Os anodos galvânicossão muito utiilzados para proteção dos cascos de navios pequenos e médios, sendo que, para naviosmaiores, ou navios grandes, os sistemas por corrente impressa são mais utilizados, em função damaior economia que propocionam ao longo dos anos. Os sistemas galvânicos são ainda muitousados para a proteção interna dos tanques de lastro (a utilização do sistema por corrente impressa,para lastros de óleo, não é permitida pelas sociedades classificadoras) e para a proteção deequipamentos navais, tais como condensadores, permutadores de calor e tubulações (parte interna).

A tabela 6.1 do capítulo 6 apresenta uma comparação entre os anodos de zinco, magnésio ealumínio.

Os anodos de zinco e os anodos de alum~inio são muito utilizados para a proteção catódicagalvânica de navios. Nos últimos anos, entretanto, com o desenvolvimento das ligas de alumíniocom boas propriedades para proteção catódica, esse tipo de material tem sido muito bem aceito,devido ao seu baixo peso e preço mais atraente por ampére produzido, quando comparado com ozinco.

As ligas de magnésio, devido ao seu elevado potencial em circuico aberto, não são usadaspara a proteção dos cascos de navios que naveguem em água do mar. Eventualmente, paraembarcações que só naveguem em água doce, o magnésio pode ser considerado como umaalternativa de proteção catódica galvânica.



17.3.1 Proteção Galvânica de Tanques de Lastro

Para a proteção galvânica interna dos tanques de lastro, as seguintes orientações básicas devemser adotadas:– os anodos devem ser dimensionados para uma vida não inferior a quatro anos;– as viagens com lastro devem ser consideradas como tendo, no mínimo, cinco dias de duração;– a resistividade elétrica da água de lastro deve ser considerada como sendo de aproximadamente

25 ohm.cm. Se existe possibilidade da utilização de água salobra ou água com resistividadeelétrica alta, o sistema precisa ser dimensionado para atender essa condição;

– a parte superior do tanque (faixa de 1,5 m) deve ser revestida, com o objetivo de se obterproteção total para o tanque;

– os anodos devem ser distribuídos ao longo de toda a estrutura interna dos tanques, com especialatenção para as superfícies horizontais do fundo, que retêm água com facilidade;

– os anodos devem ser instalados em locais que não prejudiquem as operações de limpeza dotanque, quando for o caso;

– para os tanques de lastro que contenham combustível ou vapores combustíveis, o uso dosanodos de magnésio não é permitido pelas sociedades classificadoras, umav ez que elesproduzem centelhas ao chocarem-se com superfícies metálicas, quando em queda livre. Pelomesmo motivo, os anodos de alumínio só podem ser usados quando instalados a uma altura talque, em queda livre no fundo do tanque, a energia total produzida seja inferior a 27,7 kg.m ou200 lb.ft.

Foto 1.1 – Anodos galvânicos instalados paa proteção do casco.



17.3.2 Corrente Necessária

A quantidade de corrente necessária para a proteção catódica eficiente das estrutuas de aço(tanques de lastro e supefícies do casco) dos navios depende de vários fatores, sendo os maisimportantes as áreas a proteger, a registividade elétrica da água (influenciada pela salinidade etemperatura), a velocidade desenvolvida pelo navio (somente para proteção do casco), a quantidadede oxigênio dissolvido na água e as condições e qualidade do revestimento empregado.

A tabela 17.2 apresenta as densidades de corrente aproximadas para a proteção galvânicados tanques de lastro e dos cascos de navios.

TABELA 17.2Densidades de Corrente Aproximadas para a Proteção Galvânica Interna dos Tanques de Lastro

e das Superfícies Externas do CascoCaracterísticas do tanque ou da Densidade desuperfície externa do casco corrente (1)TANQUES mA/m2Carga/tanques de lastro sujo 50Carga/tanques de lastro limpo 86Apenas lastro e tanques de lastro de claros 108Tanques superiores 120Tanques inferiores 86Tanques de fundo duplo (apenas lastro) 86Tanques de fundo duplo (lastro/óleo combustível) 45Tanques de colisão (avante e ré) 108Superfícies pintadas (200 mm) 5

CASCO mA/m2Navios com revestimento à base de epóxi 10/15Navios com pintura convencional 0/25(1) Valores apenas orientativos – não utilizar para o dimensionamento.

O dimensionamento dos anodos galvânicos (supefícies internas dos tanques de lastro ousupefície externa dos cascos) deve satisfazer aos cálculos da vida e da quantidade de correntenecessária, de acordo com o seguinte:

peso total de anodos = número de anodos x peso por anodo;corrente total liberada = número de anodos x corrente liberada por anodo.

A corrente total necessária obtém-se mediante a multiplicação da área total a proteger peladensidade de corrente recomendada para cada situação particular.

A vida dos anodos, normalmente calculada para dois ou três anos no caso da proteçãoexterna do casco, é diretamente proporcional ao peso total de anodos e à capacidade de corrente doanodo utilizado e inversamente proporcional à área que se deseja proteger e à densidade de correnteutilizada.



Foto 17.2 – Anodos galvânicos instalados para proteção de tanque de lastro.

Figura 17.2 – Concentração de anodos galvânicos para a proteção catódica da região da hélice e do leme.

1.4 PROTEÇÃO CATÓDICA POR CORENTE IMPRESSA

Os sistemas por corrente impressa têm sido muito utilizados, nos últimos anos, para aproteção externa dos cascos de navios, principalmente os de médio e grande portes, incluindo,



ainda, em muitos casos, a proteção interna dos sistemas de resfriamento de água e outrosequipamentos navais.

O sistema por corrente impressa consiste, normalmente, das seguintes partes principais,conforme mostrado na figura 17.3;

Figura 17.3 – Esquema de um sistema de proteção catódica por corrente impressa para casco de navio.

– um ou mais transformadores/retificadores – alimentados pelo próprio circuito elétrico donavio, diretamente, no caso do navio dispor de alimentação em corrente alternada, ou através dealternador, para os navios que somente dispõem de circuitos de corrente contínua.– anodos especiais – normalmente de titânio platinizado, ou de chumbo/antimônio/prata,montados no casco, com o objetivo de distribuir a corrente de proteção ao longo da superfíciesubmersa do casco.

Eletrodos de referência especiais – normalmente de zinco, com o objetivo de controlarautomaticamente, em função dos potenciais alcançados pelo casco, a quantidade de correntefornecida pelo retificador através dos anodos. Os eletrodos de referência, tal como os anodos, sãomontados na superfície do casco completamente isolados do aço. Com o seu auxílio, otransformador/retificador ajusta automaticamente a corrente contínua de saída, de modo a manter ospotenciais ao longo do casco do navio o mais próximo possível do limite de proteção, com oobjetivo de não prejudicar o revestimento protetor das superfícies submersas. A outra finalidade doeletrodo de referência é medir o potencial do casco, com o navio parado ou em movimento, sendoque a leitura pode ser observada no milivoltímetro apropriado, instalado no painel dotransformador/retificador (Com o navio parado, as leituras podem ser feitas, também, com umeletrodo de Ag/AgCl e um voltímetro portátil especial com alta resistência interna.);– um dispositivo para a ligação elétrica eficiente do casco com a hélice do navio – mediante

escovas especiais permanentemente em contato com o eixo e eletricamente ligadas ao casco donavio. Com a instalação desse dispositivo, garante-se a eficiente proteção a hélice, evitandoproblemas de corrosão e cavitação em suas superfícies. A diferença de potencial entre o caso e ahélice deve ser mantida abaixo de 20 mV;

– um dispositivo para a ligação elétrica eficiente do casco com a estrutura metálica do leme– essa ligação é feita por intermédio de um cabo elétrico robusto, soldado ao caso e ao leme;

– blidagens para os anodos – com o objetivo de evitar danos à pintura do casco nas imediaçõesdos anodos, cada anodo inerte é instalado sobre uma blindagem, normalmente um revestimentoespesso de poliéster-fibra de vidro, ou à base de epóxi. Essa blindagem se estende aaproximadamente 80 cm, a partir do perímetro do anodo, dependendo do sistema empregadopara cada navio;

– dispositivos para montagem dos anodos e dos eletrodos de referência – os cabos elétricosque ligam o transformador/retificador aos anodos e aos eletrodos de referência, caminhamdentro de eletrodutos na parte interna do casco. Para a ligação dos anodos e dos eletrodos de



referência aos cabos elétricos, são utilizadas caixas apropriadas (cofferdams), aprovadas pelassociedades classificadoras e soldadas na parte interna do casco, de modo a obter-se um conjuntocompletamente estanque.

17.4.1 Quantidade de Corrente Necessária para o Sistema de Corrente Impressa

A quantidade de corrente necessária para a proteção do casco, em qualquer momento, éautomaticamente escolhida pelo dispositivo de controle do sistema por corrente impressa. Assim,compete ao projetista do sistema apenas dimensionar a corrente máxima capaz de ser fornecida peloconjunto a ser instalado e, em função disso, escolher as características do transformador/retificador,tipo e quantidade de anodos, sendo que, para tal dimensionamento, é comum considerar-se um valorde 40 a 50 mA/m2 como densidade média de corrente possível de ser obtida para as condiçõesmáximas de saída do transformador/retificador, dependendo das características e dimensões donavio e do tipo de revestimento a ser usado.

17.5 COMPARAÇÃO ENTRE OS SISTEMAS GALVÂNICOS E POR CORRENTEIMPRESSA

A tabela 17.3 compara as principais características de cada um dos sistemas de proteçãocatódica normalmente utilizados para a proteção dos cascos dos navios.

TABELA 17.3Características do Sistema Galvânico e por Corrente Impressa para o Casco de um Navio

Sistema galvânico Corrente impressa 1. Fonte de corrente Própria. Externa. 2. Instalação. Mais simples. Menos simples. 3. Penetrações no casco. Não necessário. Necessário. 4. Soldas no casco. Necessário. Necessário. 5. Isolamento elétrico entre Não deve existir. Necessário.

o anodo e o casco. 6. Cabos elétricos. Não necessário. Necessário. 7. Blidagem elétrica dos anodos Somente necessário para Necessário.

o caso de anodos de magnésio. 8. Peso dos anodos. Grande. Pequeno. 9. Número de anodos. Grande. Pequeno.10. Uso em água doce. Limitado Sem problemas, com anodos

de titânio platinizado.11. Manutenção do sistema.. Requer substituição Vida bastante longa

periódica dos anodos. do sistema.12. Operação do sistema. Normalmente sem Requer que o retificador

problemas durante a vida permaneça sempre ligado.útil dos anodos.

13. Custo inicial do sistema. Relativamente baixo, Econômico para médiosprincipalmente para e grandes navios.pequenos navios.

14. Custo ao longo dos anos O custo aumenta devido Econômico, comparadoà necessidade periódica com duas ou trêsde substituição dos anodos. substituições dos anodos

galvânicos.



17.6 INFLUÊNCIA DO REVESTIMENTO DO CASCO SOBRE AS CONDIÇÕES DEOPERAÇÃO DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA

As condições de proteção catódica do casco do navio são extremamente influenciadas pelaqualidade e tipo do revestimento protetor aplicado, sabendo-se que, quanto melhor as suascaracterísticas protetoras, mais fácil se torna a distribuição de corrente nas superfícies a seremprotegidas e mais econômico fica o sistema de proteção catódica, em fnção da menor quantidade decorrente requerida para a obtenção dos potenciais de proteção. Com o auxílio de um sistema deproteção catódica bem dimensionado, consegue-se proteção integral do aço, mesmo se a aplicaçãode qualquer revestimento, mas a condição de m aior economia é obtida mediante a aplicação de umbom esquema de revestimento complementado com proteção catódica. Entende-se como um bomesquema de revestimento, para o caso dos cascos de navios, a aplicação de tindas de boa qualidade(as tintas à base de epóxi estão sendo utilizadas, com excelentes resultados, nos últimos anos), deforma correta, sendo que o preparo da superfície influi grandemente nos resultados obtidos.Assim sendo, a aplicação de um bom revestimento no casco permite diminuir a densidade decorrente necessária para a proteção catódica desde valores tão altos quanto 250 mA/m2 (aço nu) atévalores tão baixos quanto 1,8 mA/m2 (revestimento novo, bem aplicado).

Com relação às incrustações de organismos marinhos na superfície do casco, extremamenteprejudiciais às condições de operação do navio, devido ao aumento do atrito casco/água queprovocam, as experiências mostram que o cloro gerado nas superfícies dos anodos é suficiente paraevitar o seu aparecimento apenas nas imediações dos mesmos, não atuando nas incrustações dorestante do casco, uma vez que o cloro se dissolve na água do mar. Por essa razão, o revestimentoanti-fouling, normalmente utilizado, não pode ser dispensado para os cascos, mesmo com proteçãocatódica. Por outro lado, em condensadores protegidos catodicamente, onde a quantidade de águaenvolvida é muito menor, o cloro produzido fornece efeitos benéficos, reduzindo extremamente asincrustações marinhas nas superfícies metálicas.

17.7 INFLUÊNCIA DAS CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO DO SISTEMA DE PROTEÇÃOCATÓDICA SOBRE O REVESTIMENTO

As experiências demonstram que, para as superfícies do casco, potenciais de superproteçãocausam efeitos indesejáveis no revestimento e, por isso mesmo, devem ser evitados.

A liberação do hidrogênio na superfície do metal, ao atingir determinados valores, que podemser controlados pelos potenciais casco/água, provocam empolamento e eventual remoção dapelícula de tinta.

Assim sendo, tanto os sistemas galvânicos quanto os por corrente impressa devem serdimensionados e/ou controlados de tal maneira que potenciais de superproteção não sejamatingidos.Os valores desses potenciais dependem do tipo de revestimento utilizado, recomendando-se, para oscasos dos navios, que os potenciais da tabela 17.4 não sejam alcançados.

TABELA 17.4

Potenciais Casco/Água a Partir dos quais Começam a Aparecer Problemas de Empolamento noRevestimento

Revestimento Volts (Ag/AgCl)A óleo –0,8 a –1,0Aluminio (betuminoso) –1,1Borracha clorada –1,1Vinil –1,1 a –1,2Coal-tar/epóxi –1,6Epóxi –2,0



17.8 CONCLUSÃO

Pelo que foi exposto, conclui-se que a proteção catódica, aplicada em complementação aosrevestimentos protetores, constitui-se no único meio eficiente para assegurar a proteção contra acorrosão dos cascos, tanques de lastro e equipamentos navais. Para o caso específico das superfíciesexternas do casco, a proteção catódica, bem controlada, além de garantir a ausência de corrosão,contribui para a manutenção de superfícies lisas, sem rugosidades nas chapas e no revestimento,permitindo o melhor desempenho do navio, com um mínimo consumo de combustível.



CAPÍTULO 18Proteção Catódica de Estações de Tratamento de Água, Esgotos e Efluentes Industriais

18.1 INTRODUÇÃO

As estações de tratamento são constituídas de grandes tanques de concreto onde sãoinstaladas, para permitir a movimento e o tratamento de água, do esgoto ou dos efluentes, váriasestruturas construídas em aço carbono e outros materiais, como as ligas de cobre e de alumínio.

Essas estruturas metálicas, de vários formatos e dimensões, são os rastelos giratórios, ospantógrafos, as cortinas vertedouras, os anteparos, os baffles periférios, os baffles centrais, as caixasde escuma, as lâminas escumadoras, os escumadores superficiais, as lâminas raspadoras, ossuportes, as escadas, os braços raspadores, os carretéis, os vertedouros, os conjuntos de rodas, asválvulas e vários outros dispositivos com as mais diversas denominações.

Essas instalações são construídas com o auxílio de chapas, perfis, tubos, parafusos, placas,cabos de aço, porcas, aruelas, curvas, braçadeiras, pinos, rebites etc., todos de aço carbono, pintadosà base de epóxi, ou galvanizados, como é o caso dos parafusos, porcas, aruelas e cabos de aço.

A pintura usada para proteger essas instalações contra a corrosão, por melhor que sejaespecificada e aplicada, não consegue fornecer proteção integral a todas as peças que, devido a seusformatos irregulares, ponteagudos e com frestas, são de difícil limpeza, aplicação e aderência dapelícula de tinta.

Além disso, os revestimentos de tinta, mesmo à base de epóxi, possuem poros, falhas,absorvem umidade e envelhecem com o passar do tempo, deixando o material metálico exposto aosprocessos corrosivos.

Os sistemas de proteção catódica são, dessa maneira, requisito indispensável paracomplementar a proteção fornecida pela pintura e garantir proteção integral contra a corrosão derigorosamente todas as superfícies metálicas submersas.

18.2 PROTEÇÃO CATÓDICA GALVÂNICA

A proteção catódica galvânica para esses casos, é feita mediante a fixação, nas estruturasmetálicas, de barras de liga de magnésio, alumínio ou zinco, que possuem potencial mais negativoque o aço. Essas barras possuem formato alongado, com um comprimento variável de 10 cm a 10m, seção reta circular ou em formato de “U” com diâmetro da ordem de 1/2 a 1” e são capazes deliberar corrente para o aço. Essas barras galvânicas, ou anodos galvânicos, possuem uma alma deaço que é fixada por meio de solda (elétrica ou cadweld) na estrutura de aço a ser protegida.

As ligas de magnésio, alumínio ou zinco utilizadas possuem composição químicaapropriada, normalizadas por instituições técnicas ou pelos fabricantes. As ligas de zinco, porexemplo, devem seguir a norma da ABNT NBR-9358 – Anodos de Liga de Zinco para ProteçãoCatódica – Especificação, ou a especificação americana MIL-A-18001-J.



Foto 18.1 – Sistema de tratamento de efluentes em uma fábrica de celulose.

As ligas de magnésio e de alumínio possuem composição química que varia de fabricantepara fabricante. Todas as ligas, entretanto, para serem eficientes, não podem conter teores acima decertos percentuais em peso (normalmente 0,002% a 0,005%) para alguns componentes importantescomo o ferro, o chumbo, o cobre e o níquel.

As características mais importantes dessas ligas são a eficiência eletroquímica (%), acapacidade de corrente (A.h/kg), o potencial estático referido à meia-célula de Ag/AGCl (V) e opeso específico (g/cm3), conforme mostrado no capítulo 6.

Os anodos galvânicos são distribuídos ao longo de todas as instalações a serem protegidas,de modo a propiciar uma boa distribuição da corrente de proteção catódica.

A quantidade de corrente liberada por cada anodo galvânico é função do formato, de suasdimensoes e da resistividade elétrica do eletrólito, podendo ser calculada com facilidade.

A quantidade total de corrente a ser utilizada para a proteção integral de todas as estruturasmetálicas submersas de uma determinada estação de tratamento é função da área a ser protegida, dorevestimento aplicado, da resistividade elétrica do eletrólito (água, esgoto ou efluente) e damovimentação relativa do eletrólito em relação às estruturas metálicas.

O anodo galvânico, ao liberar a corrente de proteção, se consome. Torna-se necessário,dessa maneira, que sua vida seja calculada com razoável precisão, o que pode ser conseguidofacilmente, levando-se em consideração que essa vida depende do material do anodo, do seuformato, das suas dimensões e do seu peso. Dessa maneira, podemdo escolher o tempo de duraçãodos anodos, aumentando-se ou diminuindo-se a sua quantidade e o seu peso.

18.8 PROTEÇÃO CATÓDICA POR CORRENTE IMPRESSA

A proteção catódica por corrente impressa é usada quando se deseja proteger grandesestações de tratamento, onde a corrente de proteção catódica necessária é superior a 5 A.

Nesse processo, a diferença de potencial entre os anodos e as estruturas metálicas égarantida por um retificador de corrente contínua, construído e dimensionado especialmente paraessa finalidade.



Os anodos são fabricados em barras de um material inerte, como as ligas de ferro-silício-cromo, chumbo-antimônio, prata ou hastes de titânio com revestimento de platina, que são as maisutilizadas.

Os anodos inertes são fixados normalmente às paredes de concreto dos tanques e locados demodo a garantir uma distribuição de corrente uniforme às estruturas metálicas.

O retificador de corrente utilizado é constituído basicamente por um transformador, umacoluna retificadora de diodos de silício, um voltímetro e um amperímetro. O equipamento,alimentado por um circuito de corrente alternada (110 ou 220 V), possui o terminal negativo ligadonas estruturas metálicas (que precisam ser eletricamente contínuas) e o terminal positivo ligado aosanodos inertes.

A corrente de injeção pode, dessa maneira, ser facilmente aumentada ou diminuída, deacordo com as necessidades, mediantes ajustes nos taps de regulagem do retificador.

Mediante tal instalação, consegue-se um fluxo de corrente permanente e uniforme que sai doretificador pelo terminal positivo, passa pelos cabos elétricos e pelos anodos, entra no eletrólito ealcança as estruturas metálicas, retornando pelo cabo elétrico ligado ao terminal negativo doequipamento.

O fluxo de corrente, assim dirigido sobre as superfícies metálicas submersas, eliminatotalmente os processos corrosivos.

18.4 VERIFICAÇÃO DO FUNCIONAMENTO DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA

Para verificar se realmente o sistema de proteção catódica galvânico, ou por correnteimpressa, está protegendo todas as superfícies metálicas submersas, basta medir os potenciais dasestruturas metálicas em relação ao eletrólito.

Isso pode ser feito facilmente, em qualquer ocasião, com o auxílio de um voltímetro portácilcom alta resistência interna (100.000 ohm/V) e uma meia-célula de Ag/AgCl (prata/cloreto deprata), conforme mostrado esquematicamente na figura 18.1.

Figura 18.1 – Medição do potencial aço/eletrólito nas unidades de tratamento com proteção catódica.



18.5 CUSTO

O custo da implantação de um sistema de proteção catódica para todas as instalaçõesmetálicas submersas de uma estação de tratamento, a despeito do grande benefício conseguido, éextremamente baixo, situando-se entre 1% 3 5% do custo de construção das unidades, incluindo-seo tanque e os dispositivos de tratamento.

18.6 CONCLUSÃO

As estruturas metálicas submersas das estações de tratamento de água, esgotos e efluentessofrem ataque corrosivo severo, devido às características agressivas do eletrólito onde sãomerglhadas.

Rotineiramente, essas instalações são revestidas com o auxílio de um esquema de pintura àbase de epóxi. Esse revestimento, entretanto, por melhor que seja especificado e aplicado, possuiporo, falhas, absorve umidade e envelhece com o passar do tempo, não conseguindo garantirproteção eficiente e duradoura contra a corrosão.

Nestas condições, para uma perfeita conservação das estruturas, é essencial a utilização desistemas de proteção catódica, em complementação ao esquema de pintura.



CAPÍTULO 19Proteção Catódica de Plataformas Fixas de Petróleo

19.1 INTRODUÇÃO

A produção de petróleo no mar exige vultosos investimentos, especialmente em se tratandode lâminas d’água profundas e de estruturas de grande porte. O meio ambiente dessas instalações éextremamente agressivo em termos de corrosividade, impondo a necessidade de adoção de medidasde controle anti-corrosivo, sem o que sua integridade e segurança estariam comprometidas. Asolução adotada é a proteção catódica, que permite um completo controle dos processos corrosivosatuantes sobre as superfícies metálicas enterradas ou submersas da plataforma.

Nesse capítulo apresentamos os procedimentos básicos utilizados no dimensionamento desistemas de proteção catódica de plataformas fixas de produção de petróleo. Para outros tipos deestruturas offshore, os procedimentos utilizados são semelhantes aos aqui descritos.

19.2 LEVANTAMENTO DE DADOS PARA O PROJETO

Para um dimensionamento adequado do sistema de proteção catódica de uma plataformamarítima, é necessário ter-se um perfeito conhecimento das propriedades físico-químicas da águado mar e do leito marinho e das características da estrutura a ser protegida. Esses dados poderão serobtidos por meio de consulta aos desenhos de fabricação, especificações de montagem,levantamento de dados no campo e experiência prévia com outras estruturas na mesma região. Osprincipais parâmetros a serem obtidos são apresentados a seguir.

19.2.1 Parâmetros Associados à Estrutura

– Área e localização das superfícies a proteger.– Tipos de revestimentos especificados.– Temperatura de operação dos dutos de interligação, condutores etc.– Potencial de proteção.– Geometria da estrutura.– Cronograma de montagem.– Disponbilidade de energia elétrica.– Vida útil prevista para a estrutura.– 19.2.2 Parâmetros Associados ao Meio Ambiente

Os principais dados necessários paa a avaliação da agressividade do meio ambiente marinhosão os seguintes:– temperatura;– teor de oxigênio;– composição química da água do mar;– resistividade elétrica;– velocidade e turbulência das correntes marinhas;– pH;– erosão;– sólidos em suspensão;– atividade biológica no solo marinho;– densidades de corrente de proteção;– profundidade da lâmina d’água;– profundidade prevista para a cravação de estacas;– pesquisa de fontes de correntes de interferência;



– suscetibilidade à formação de depósitos calcários;– necessidade de monitoração permanente;– experiência prévia com outros sistemas de proteção catódica operando na mesma região.

19.2.3 Parâmetros Associados aos Sistemas de Proteção Catódica

Esses parâmetros são abordados nos itens 19.9 e 19.10.

19.3 CRITÉRIO DE PROTEÇÃO

O principal critério de proteção utilizado para as plataformas marítimas fixas e demaisestruturas offshore é a polarização das partes enterradas e submersas da estrutura a potenciais iguaisou inferiores a –0,80 V, medidos com referência à semi-célula de Ag/AgCl. É necessário, contudo,evitar-se a ocorrência de potenciais muito neativos, para resguardar a estrutura contra risco defragilização pelo hidrogênio ou de redução da resistência à fadiga. A tabela 19.1 apresenta os valoesutilizados na prática.

TABELA 19.1Potenciais de Proteção Estrutura/Eletrólito (Volts)

Metal Eletrodo de referênciaCu/CuSO4 Ag/AGCl Zn

Aço carbono em meio aeróbico:a) limite superior –0,85 –0,80 +0,25b) limite inferior –1,10 –1,05 +0,00Aço carbono em meio anaeróbico:a) limite superior –0,95 –0,90 +0,15b) limite inferior –1,10 1,05 +0,00Aço carbono de alta resistência (limitede resistência à tração superior a700 N/mm2:a) limite superior –0,85 –0,80 +0,25b) limite inferior –1,00 –0,95 +0,10

Observações:1) Os valores acima são considerados isentos de quda ôhmica no eletrólito.2) Os potenciais indicados são válidos para temperaturas ambiente entre 5 ºC e 25 ºC. para faixas

de temperatura entre 25 ºC e 100 ºC, os potenciais acima devem ser corrigidos subtraindo-se 1mV/ºC.

3) Os potenciais medidos com referência à semi-célula de Ag/AgCl são afetados pelo teor decloretos presente na água do mar. Os valores obtidos em locais cuja resistividade elétrica sejasignificativamente diferente de 25 ohm cm deverão ser corrigidos adequadamente.

19.4 VIDA ÚTIL DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA

Normalmente, a vida útil do sistema de proteção catódica deve ser igual à vida útil previstapara a estrutura. O projetista deve ter em mente que o elevado custo dos tabalhos submarinos,especialmente no caso de procedimentos de mergulho hiperbárico, inviabiliza a substituição ou ainstalação de novos materiais para o sistema de proteção catódica e, assim, o sistema instalado deveser definitivo.

Em alguns casos especiais, o projeto poderá prever a instalação de dispositivos que permitam oaumento da capacidade de corrente instalada.



19.5 DENSIDADES DE CORRENTE DE PROTEÇÃO

A densidade de corrente de proteção é determinada em função das características do meioambiente onde será instalada a plataforma. Para estruturas de aço sem revestimento e submersas, adensidade de corrente requerida para a proteção deverá diminuir com o tempo, devido à formaçãode depósitos calcáreos causada pela corrente de proteção catódica. Para estruturas revestidas,entretanto, a densidade de corrente de proteção poderá aumentar com o tempo, à medida que orevestimento envelheça. A densidade de corrente de proteção poderá, também, ser obtida a partir daexperiência prévia com estruturas semelhantes operando na mesma região.

A densidade de corrente elétrica de proteção poderá variar também em função datemperatura. Para tubulações e dutos de interligação transportando óleo ou gás quente, observa-seum aumento da densidade, da ordem de 1 mA/m2, em função da diferença de temperatura entre ogás ou óleo transportado e o meio ambiente.

19.6 ESCOLHA DO TIPO DE SISTEMA

O principal critério a nortear a escolha do tipo de sistema ser utilizado é o da confiabilidadedo sistema. O projetista deve ter sempre em mente que qualquer defeito ou dano ao sistema deproteção catódica de uma plataforma submarina será de difícil e dispendioso reparo, o que poderápôr em risco a segurança e a durabilidade da estrutura.

Podem ser utilizados tanto sistemas galvânicos quanto sistemas por corrente impressa. ASprincipais características de funcionamento, bem como as vantagens de cada um desses sistemas jáforam analisadas no capítulo 5.

19.7 ISOLAMENTO ELÉTRICO

Para não prejudicar a distribuição de correntes, todas as estruturas metálicas em contatoelétrico com a plataforma e que não estejam integradas ao sistema de proteção catódica deverão serisoladas eletricamente por um meio adequado. Os dutos de interligação devem ser isolados daplataforma e protegidos catodicamente, em separado.

19.8 CORRENTES DE INTERFERÊNCIA

Em condições normais, as únicas correntes de interferência que poderão afetar asplataformas são as provenientes das operações de montagem da estrutura do convés. Isso ocorrerácaso as máquinas de solda estejam instaladas numa embarcação de apoio com o negativo aterradoao casco dessas embarcação. Nesse caso, o retorno da corrente das máquinas de solda dar-se-á peloeletrólito (água do mar), com saída de corrente na interface estrutura/meio.Esse tipo de interferência é eliminado isolando-se os negativos das máquinas de solda em relação àembarcação e forçando-se o retorno da corrente por intermédio dos cabos negativos ligados àplataforma.

19.9 SISTEMAS GALVÂNICOS

Os sistemas galvânicos, dada a sua confiabilidade, têm sido os mais utilizados na proteção dasplataformas fixas de petróleo. Esses sistemas apresentam, contudo, as seguintes desvantagens:a) dada a elevada vida útil requerida para o sistema, é necessário utilizar-se anodos de massa

líquida muito elevada, cjos valores normalmente se situam entre 400 e 600 kg;b) face à grande área de superfície exposta e à pequena capacidade de liberação de corrente dos

anodos, é necessário utilizar-se um grande número de anodos. A massa total desses anodos



atinge a algumas centenas de toneladas, o que torna necessário o reforço estrutural daplataforma;

c) o grande número de anodos utilizados torna trabalhosa a montagem do sistema;d) dificuldade em monitorar-se a corrente liberada dos anodos;e) dificuldade ou até mesmo impossibilidade de substituição dos anodos, em caso de dano ou falha

desses elementos.

19.9.1 Dimensionamento

As plataformas marítimas e dutos submarinos instalados em águas profundas requerem, faceà elevada vida útil necessária ao sistema de proteção catódica, um procedimento de cálculo maiscomplexo que o utilizado tradicionalmente (ver capítulo 5). Os procedimentos atualmente utilizadosforam desenvolvidos a partir da experiência obtida com as bacias petrolíferas do Mar do Norte.

O dimensionamento pode ser feito com o auxílio de sofisticados programas de computador,baseados em métodos numéricos, tais como diferenças finitas, elementos finitos etc., ou de acordocom o método tradicional, modificado de forma a atender às exigências do meio ambiente offshore,conforme explicado a seguir.

a) Cálculo das ÁreasA partir dos desenhos de construção são avaliadas as áreas submersas e enterradas de todos

os componentes da jaqueta. O cálculo é feito para cada elemento, em função do tipo de membro daestrutura e sua respectiva localização, de acordo com as condições a seguir.

• Áreas submersas:– áreas localizadas ab aixo da zona de variação de maré e acima do leito marinho;– áeas externas dos segmentos de estaca não cravados e não cortados, slocalizados acima das

luvas;– áreas da bandeja de lama;– áreas situadas na zona de variação de maré, consideradas com uma redução de 50% do valor

efetivo.

• Áreas enterradas:– área enterrada das estacas, considerando-se um comprimento máximo cravado de 100 m, ou

uma folga de corrente equivalente a até 10A por estaca;– áreas relativas aos revestimentos dos poços, considerando-se um comprimento enterrado de 100

m, ou uma folga de corrente equivalente a até 10A por poço.

• Outras áreas:– todas as estruturas metálicas em contato elétrico com a plataforma devem ser avaliadas;– área da camada mais externa das armaduras das estruturas de concreto em contato elétrico direto

com a plataforma.

Principais componentes da plataforma a serem considerados:• dutos de interligação;• mesa;• condutores;• contraventamentos;• pernas;• tubos coletores de óleo;• tubos de revestimentos;• guias de estacas;• luvas de estacas;



• tubos “I” e tubos “J”;• bandeja de lama;• outros.

Foto 19.1. Anodos galvânicos instalados em uma plataforma de petróleo.

b) Determinação das Densidades de Corrente de ProteçãoPara cada área calculada são utilizadas três densidades de corrente distintas, expressas em

mA/m2:Din = densidade inicial de corrente necessária à polarização inicial da superfície “n”;Dmn = densidade média de corrente utilizada para o cálculo da massa anódica necessária àmanutenção da polarização da superfície “n” durante a vida útil prevista para a estrutura;Dfn = densidade final de corrente necessária à polarização ao término da vida útil prevista para osistema de proteção catódica. Esse valor pode ser estimado entre 3/4 e 2/3 da densidade inicial decorrente.

A densidade média de corrente pode ser determinada a partir da densidade inicial decorrente, de acordo co a seguinte fórmula:

]3–V2)1V(n[)1–V(3

DiDm n

n ++= l

onde:V = vida útil do sistema (anos).A tabela 19.2 indica alguns valores de densidades de corrente utilizados na prática.

TABELA 19.2Densidades de Corrente mA/m2 para a Proteção Catódica de Aço Nu

Local Valor inicial Valor médio Valor finalBacia de Campos 120 90 80Armadura de concreto – 01* –Tubulações enterradas 50 40 30Dutos de interligação dentro decolunas com água do mar corrente 180 140 120Dutos de interligação dentro de



colunas com água estgnada 120 90 80Lama salina (na temperatura ambiente) 25 20 15* O valor para as armaduras de aço do concreto refere-se apenas às necessidades de folga de corrente para cobrir asperdas para essas estruturas.

c) Determinação das Densidades de Corrente para Superfícies RevestidasCaso seja utilizado algum tipo de revestimento, os valores obtidos em (b) poderão ser

corrigidos, em função da eficiência prevista, de acordo com a seguinte fórmula:

Dxr,n = Dxn (1 – Er)

onde:Dxr,n = densidade de corrente para a superfície “n”, com revestimento do tipo “r”, conforme setratar de densidade inicial, média ou final (mA/m2);Dxn = densidade de corrente para a superfície nua (mA/m2).Er = eficiência do revestimento do tipo “r” (em fração decimal).A tabela 19.3 fornece os valores adotados para a eficiência de alguns tipos de revestimentos.

TABELA 19.3Eficiência de Alguns Tipos de Revestimento

Inicial Médio Final(%) (%) (%)

Revestimento de tubulação com filme espesso 99 90 80Sistema vinílico 98 80 50Tintas betuminosas 98 80 50Coal-tar epóxi 98 80 50

Os anodos utilizados para as plataformas marítimas fixas são normalmente de liga de zincoou de liga de alumínio, sendo mais comum a utilização destes últimos, por apresentar um menorcusto ampére-hora e uma capacidade de corrente muito superior à dos anodos de liga de zinco.

Convém observar que os anodos de zinco não devem ser utilizados para estruturas operandoem alta temperatura, pois podem sofrer corrosão intergranular ou, em determinados ambientes, ospotenciais do zinco podem ser tornar mais positivos que os do aço.As principais características dos anodos necessários ao projeto são as seguintes:

d.1) Capacidade de correnteA capacidade de corrente é uma característica da liga do anodo. Para fins de projeto podem

ser adotados os seguintes valores:– anodos de liga de zinco: entre 740 e 815 Ah/kh;– anodos de liga de alumínio: entre 2.200 e 2.800 Ah/kg.

d.2) Fator de UtilizaçãoO fator de utilização é um parâmetro adimensional determinado em função da geometria do

anodo e do posicionamento da alma. Os valores normalmente adotados são os seguintes:– anodos longos: 0,85 a 0,95;– anodos-braçadeira: 0,70 a 0,80;– anodos em forma de placa: 0,75.

d.3) Massa LíquidaNormalmente os anodos utilizados para as plataformas marítimas possuem massa líquida

elevada, sendo comum a utilização de até 600 kg. Os anodos utilizados para os dutos de interligaçãoestão normalmente na faixa de 100 a 180 kg.



d.4) Potencial EletroquímicoO potencial eletroquímico em circuito aberto, medido com referência à semi-célula de

Ag/AgCl para as ligas de zinco e de alumínio, está na faixa de –1,00 V a –1,05V. Para algumasligas de alumínio esse valor pode atingir a –1,10V.

e)Determinação das Correntes Drenadas pelos AnodosPara cada tipo de anodo escolhido são determinadas duas intensidades de corrente:

Ii = intensidade inicial de corrente drenada, calculada considerando-se as dimensões iniciais doanodo;If = intensidade final de corrente drenada, calculada considerando-se as dimensões do anodo aotérmino da vida útil do sistema.O cálculo desses valores é feito segundo a Lei de Ohm:

R

VI

∆=

onde:I = corrente liberada pelo anodo (A);DV = força eletromotriz (V), dada pela diferença de potencial do anodo e do potencial de proteção;R = resistência de contato anodo/eletrólito (ohm), calculada conforme indicado no capítulo 5.

f) Otimização do Formato dos Anodos SelecionadosA otimização do formato dos anodos escolhidos é feita mediante a comparação entre as

áreas protegidas por cada anodo durante a vida útil das estruturas, calculadas de acordo com oseguinte:

Df

IfAf;

DmV760.8

FuCMAm;

Di

IiAi =

××××

==

onde:Ai =área protegida por um anodo durante a polarização inicial do sistema (m2);Am =área média protegida por um anodo durante sua vida útil (m2);Af =área potegida pelo anodo ao final da sua vida útil (m2);C =capacidade de corrente do anodo (A.h/kg);8.760=número de horas em um ano;V =vida útil prevista paa o sistema de proteção catódica (anos);Dm =densidade média de corrente para a superfície “n” (A/m2).

O formato mais econômico, para uma mesma massa e liga, será aquele para no qual osvalores calculados para Ai, Am e Af sejam aproximadamente os mesmos. A instalação de anodosadicionais com dimensões reduzidas pode ser utilizada como recurso para satisfazer à alta demandainicial de corrente durante os dois ou três primeiros anos. Tal procedimento poderá ser maiseconômico do que encontrar um formato de anodo que satisfaça a todos os critérios.

g) Cálculo da Quantidade de AnodosA determinação da quantidade mínima de anodos é feita de forma a atender-se

simultaneamente os requisitos de corrente inicial, média e final. Para cada áea calculada sãodeterminados os seguintes quantitativos:



Af

SNf;

Am

SNm;

Ãi

SNi nnn ===

onde:Ni = número de anodos necessários à polarização inicial da superfície “S”;Nm = número de anodos necessários à manutenção da polarização;Nf = número de anodos necessários à polarização da estrutura, ao final da vida útil do sistema;S = área referente à superfície “n” (m2).Para cada área deverá ser utilizado o valor referente ao maior número de anodos.

h) Distribuição dos AnodosA distribuição criteriosa dos anodos é condição essencial para garantir o bom funcionamento

do sistema. Os principais fatores que devem ser considerados nessa distribuição são a correntedrenada pelos anodos, a distância entre anodos e a estrutura, o tipo de revesgtimento, se existente, aárea a proteger e a geometria da estrutura. Em geral, a área protegida por um anodo pode serestimada de acordo com o seguinte:– plataformas marítimas: 30 a 60 m2/anodo;– dutos de interligação: 20 a 150 metros lineares/anodo.Na distribuição dos anodos deve-se procurar localizá-los na estrutura de forma a garantir-se a rápidapolarização das soldas dos nós, que são pontos críticos para a resistência estrutural da plataforma.

i) Dimensionamento dos Suportes dos AnodosOs suportes dos anodos devem ser capazes de atender às condições de carregamento durante

as operações de montagem, transporte, lançmento e operação.

j) Determinação da Vida Útil Teórica do SistemaA vida útil teórica do sistema de proteção catódica pode ser avaliada com o auxílio da

seguinte fórmula:

)DmSn(760.8

FuCMV

n××⋅

=

onde:M = massa total de anodos no sistema (kg);Sn = área da superfície “n” (m2);C = capacidade de corrente do anodo (A.h/kg);Fu = fator de utilização do anodo (fração decimal);Dmn = densidade média de corrente para a superfície Sn(mA/m2).

19.10 SISTEMAS POR CORRENTE IMPRESSA

A utilização de sistemas por corrente impressa, principalmente paa o caso de estruturasmetálicas em lâmina d’água superior a 30 m, tem sido relegada a um segundo plano. A experiênciacom esse tipo de sistema mostra que são suscetíveis a falhas pouco tempo após sua energização,havendo registro de falhas anteriores ao próprio início de operação do sistema. As principais causasdessas falhas podem ser atribuídas aos seguintes fators:– dificuldade de um posicionamento adequado dos anodos em termos de distribuição da corrente

de proteção;– risco de superproteção localizada;– interferência elétrica com outras estruturas;



– falha na conexão entre cabo elétrico e anodo devido à penetração de umidade ou efeito de ponta;– falha mecânica dos cabos elétricos dos anodos;– deterioração do material de isolamento dos cabos elétricos;– dano físico aos cabos elétricos e anodos provocado pela queda ou arrasto de materiais;– curto-circuito entre depósito calcário e os anodos de corrente impressa;– escolha inadequada de materiais;– outros motivos.

A despeito desse problemas, a utilização de sistemas por corente impressa tem sido objetode constantes pesquisas, uma vez que a correta utilização desse tipo de sistema acarretarásubstancial redução na quantidade de materiais e, principalmente, na massa total do sistema.Por falta de disponibilidade de energia elétrica, os sistemas por corrente impressa não são postos emoperação imediatamente a instalação da jaqueta. Devem, portanto, ser complementados por umsistema galvânico, dimensionado para operação durante o período em que o sistema por correnteimpressa permanecer inativo.

Em alguns casos, é comum instalar-se anodos galvânicos para proteger áreas que, devido aefeitos de blindagem elétrica, não receberão uma densidade de corrente adequada.

19.10.1 DimensionamentoDa mesma forma que nos sistemas galvânicos, o dimensionamento de um sistema por

corrente impressa pode ser feito por meio de métodos numéricos de computador, ou com o auxíliodas fórmulas práticas vistas no capítulo 5. Em qualquer caso, inexistem procedimentossistematizados do tipo “receita de bolo”.Os sistemas por corente impressa apresentam uma distribuição de corrente deficiente, devido àpequena quantidade relativa de anodos utilizados e sua proximidade com a estrutura. Paracompensar essa deficiência, o sistema deve ser projetado com uma capacidade de corrente entre1,25 e 1,50 vez superior ao valor calculado para a demanda da corrente. É essencial que o projetistaprocure obter uma distribuição uniforme da corrente de proteção.

19.10.2 Materiais

a) RetificadoresOs retificadores utilizados são normalmente automáticos, de corrente ou potencial

controlado, semelhantes aos utilizados para a proteção de navios. Para certas aplicações,especialmente em lâminas d’água, inferiores a 30 m, poderão ser utilizados retificadores manuais.

b) AnodosPodem ser utilizados quaisquer anodos de corrente impressa compatíveis com o meio

ambiente da instalação. Normalmente, os anodos mais eficientes para essa aplicação são os denióbio, titânio ou tântalo platinizados. Em qualquer caso, é essencial que a conexão entre os anodose os cabos elétricos seja impermeável e mecanicamente perfeita. As caracrerísticas dos principaistipos de anodos utilizados nos sistemas por corrente impressa encontram-se no capítulo 6.

c) Cabos ElétricosOs cabos elétricos utilizados devem ser compatíveis para utilização no meio ambiente de

instalação, não devem possuir emendas e devem ser protegidos por meio de eletrodutos.

19.11 SISTEMAS DE MONITORAÇÃOEm algumas plataformas, para permitir-se um melhor acompanhamento operacional do

sistema de proteção catódica, são instalados sistemas de monitoração para os seguintes parâmetros:– potencial estrutura/meio ambiente;– potencial eletroquímico dos anodos;– corrente drenada pelos anodos galvânicos.



Os anodos galvânicos selecionados para monitoramento da corrente drenada são providos deshunts de medição, que são interligados por meio de cabos elétricos a um painel de monitoraçãoinstalado no convés da plataforma.

19.12 ACOMPANHAMENTO OPERACIONAL

Da mesma forma que em qualquer outro sistema de proteção catódica, é indispensável fazer-se um acompanhamento constante do sistema instalado. Os elevados custos dos trabalhossubmarinos, contudo, inviabilizam a inspeção completa de todo o sistema. Deve-se estabelecer,portanto, em função das características da estrutura, do meio ambiente de instalação, da qualidadedo sistema de proteção catódica e da experiência prévia com estruturas semelhantes, umaprogramação de inspeção. Nessa programação são determinados os pontos considerados maiscríticos e que devem ser medidos periodicamente. Os dados obtidos na inspeção inicial serão úteispara a confirmação ou redefinição dos pontos considerados críticos. Os principais parâmetrosmedidos durante essas inspeções são os seguintes:a) desgaste dos anodos;b) potencial estrutura/solo;c) potencial dos anodos galvânicos.

Foto 19.2 – Anodos galvânicos com dispositivos para monitoração.

A inspeção inicial é feita após a entrada em operação do sistema de proteção catódica, paragarantir que os potenciais do aço esteam dentro dos limites exigidos. Os prazos recomendados paraessa inspeção são os seguintes:a) um ano, para os sistemas galvânicos;b) um mês, para os sistemas por corrente impressa.

Um levantamento anual poderá ser feito por um dos seguintes métodos:a) eletrodo de referência transportado por um mergulhador;b) eletrodo de referência transportado por um veículo de controle remoto;c) eletrodo de referência transportado por um submarino;d) eletrodos de referência fixos.



A seleção do método é feita em função de fatores, tais como acessibilidade, disponibilidadede equipamentos e custo.

No caso de sistema por corrente impressa, os retificadores podem ser inspecionadosregularmente, anotando-se os dados fornecidos pelo seu painel.

Todos os dados obtidos durante as inspeções devem ser arquivados cuidadosamente. Aanálise desses dados permitirá detetar as eventuais falhas do sistema e fornecerá subsídios paradeterminar as ações corretivas cabíveis.

19.13 CONCLUSÕES

Os sistemas de proteção catódica são de fundamental importância para garantir a integridadee a segurança das estruturas offshore.Os sistemas galvânicos, dada a sua confiabilidade, são os mais utilizados para a proteção dasplataformas fixas de petróleo. Os sistemas por corrente impressa, contudo, poderão se tornarpredominantes caso seja possível garantir-se que terão um bom desempenho, sem falhasprematuras.



CAPÍTULO 20Proteção Catódica de Pés de Torres de Linhas de Transmissão Elétrica

20.1 INTRODUÇÃO

Os pés das torres das linhas de transmissão elétrica são freqüentemente construídos de açogalvanizado e estão sujeitos às mesmas condições de corrosão de outras instalações metálicasenterradas, como as adutoras, os oleodutos, os gasodutos e as tubulações de um modo geral.

Quando uma tubulação é corroída, ocorrem furos nos tubos e o proprietário é imediatamenteadvertido da presença de problemas sérios de corrosão, permitindo providências imediatas paa osreparos necessários e a proteção catódica da linha. No caso dos pés das torres, entratanto, a primeiraindicação visível da ocorrência de corrosão pode ser quando da falha de uma ou mais torres, porocasião, por exemplo, de uma tempestade acompanhada de ventos fortes.

A galvanização das estruturas de aço dos pés das torres confere, normalmente, proteçãorazoável contra a corrosão pelo solo por vários anos mas, quando a torres se encontra em solosaltamente corrosivos, ou onde existe aterramento elétrico ou contrapeso construídos com cobre nu,a galvanização torna-se ineficiente muito antes da torre alcançar o final do seu período econômicode vida.

Revestimentos adicionais (tintas) são utilizados, muitas vezes, para reduzir a corrosão pelosolo, mas estão sempre sujeitos a danos mecânicos e normalmente possuem vida curta, nãoresolvendo o problema.

A proteção catódica com anodos galvânicos (magnésio ou zinco), ou por corrente impressa,torna-se, então, uma solução simples, econômica, prática e eficiente, eliminando a corrosão pelosolo nas partes enterradas das bases das torres.Embora a proteção catódica por anodos galvânicos, para esses casos, seja recomendada para soloscom até 10.000 ohm.cm de resistividade elétrica, as experiências demonstram que a maior parte dosdanos ocorre em solos com resistividade elétrica abaixo de 5.000 ohm.cm, sendo que, para locaiscom menos de 1.000 ohm.cm, as conseqüências são desastrosas.

20.2 ATERRAMENTO ELÉTRICO

Quando as torres são aterradas com cabos elétricos de cobre, são criadas pilhas galvânicasadicionais, devido à diferença de potencial que existe entre o aço e o cobre, ou entre o zinco dagalvanização e o cobre.

O uso de anodos de zinco e/ou hastes de aterramento de zinco (em substituição às de cobre)proporciona, para esses casos, uma solução econômica e duradoura, evitando a corrosão do açogalvanizado enterrado. O uso de anodos (hastes) de zinco em substituição aos materiais de cobre(ou aço com revestimento de cobre) elimina as indesejáveis pilhas galvânicas causadas pelo cobre,sendo inclusive recomendável esta substituição, mesmo para os sistemas já em operação e,principalmente, quando o solo no local possui baixa resistividade elétrica. No capítulo 12apresentamos mais algumas considerações e recomendações sobre o assunto.

20.3 INSTALAÇÃO DOS ANODOS GALVÂNICOS

Os anodos galvânicos são instalados envoltos em enchimento condutor (50% de gessohidratado e 50% de bentonita), sendo que a quantidade e dimensões dos anodos, bem como adistância entre cada anodo e a estrutura, deverão ser definidas em função das dimensões das partesenterradas das estruturas, do tratamento das superfícies (nuas, galvanizadas ou pintadas), daexistência ou não de aterramento elétrico com cobre e da resistividade elétrica do solo no local.



20.4 INSTALAÇÃO DE SISTEMA POR CORRENTE IMPRESSA

Para a instalação de sistema por corrente impressa, torna-se necessária a existência dealimentação elétrica em baixa tensão próxima à torre, exigência que muitas vezes inviabiliza essetipo de instalação.

Os anodos inertes, de ferro-silício ou ferro-silício-cromo, para os sistemas por correnteimpressa, devem ser instalados junto às torres, sendo possível a proteção de mais de uma torre apartir de um único retificador.

20.5 CONCLUSÃO

Assim sendo, com o objetivo de garantir a completa segurança operacional (sob o ponto devista da corrosão pelo solo) das linhas de transmissão de energia elétrica construídas com torresmetálicas, os seguintes procedimentos devem ser adotados rotineiramente:• realizar um levantamento criterioso das resistividades elétricas do solo, ao longo do traçadoda linha, principalmente nas imeditações da construção de cada uma das torres. Essas medições sãorealizadas com eficiência pelo “Método dos Quatro Pinos” ou “Método de Wenner”, sendorecomendável, para cada ponto, medições nas profundidades aproximadas de 1,5 m, 3,0 m e 4,5 mdo nível do solo;• analisar os dados obtidos e verificar a necessidade e viabilidade técnicas de instalação dosistema de proteção catódica;• na hipótese da proteção catódica ser viável, definir a necessidade de sua utilização em todasas torres, ou somente em algumas delas, sendo que, com base ainda nas medidas de campo, omelhor sistema (galvânico ou corrente impressa) deverá ser escolhido, considerando-se os aspectostécnicos e econômicos;• para o caso da construção de novas linhas, procurar, sempre que possível, evitar a utilizaçãode componentes de cobre interligados às estruturas de aço, principalmente se a resistividade elétricado solo, no local, for baixa.



CAPÍTULO 21Proteção Catódica de Armaduras de Aço de Estruturas de Concreto

21.1 INTRODUÇÃO

Recentemente foi reconhecido que nem sempre o ambiente alcalino proporcionado peloconcreto é capaz de garantir ao aço nele contido proteção contra a corrosão. A carbonatação e apenetração de íons ácidos agressivos podem provocar a despassivação do aço, iniciando-se oprocesso de corrosão. Em alguns casos, principalmente quando ocorre a penetração ou acontaminação por íons cloreto, é impossível, na prática, fazer-se uma recuperação efetiva epermanente da estrutura afetada. As técnicas tradicionais de recuperação não passam, nesses casos,de mero paliativo, cuja aplicação terá que ser periodicamente repetida ao longo da vida útil restanteda estrutura.

Nosso propósito, neste capítulo, é o de apresentar uma introdução às técnicas básicasutilizadas no emprego da proteção catócida como método de prevenção da corrosão das armadurasdo concreto, única técnica capaz de efetivamente deter a corrosão das armaduras provocada pelacontaminação de agentes agressivos, como os íons cloreto, sulfato etc.

21.1 HISTÓRICO

O emprego da proteção catódica para as estruturas de concreto esteve por muito tempolimitado aos tanques e tubulações enterrados, de concreto armado ou protendido. Para essasinstalações, o esquema básico da p roteção é similar ao utilizado para as estruturas metálicasconvencionais. O desenvolvimento de novas técnicas para a proteção catódica de estruturas aéreasde concreto teve início nos Estados Unidos, como única forma encontrada para controlar a corrosãodas armaduras das pontes e viadutos contaminados por cloretos. Esse problema foi muito agravadono início dos anos 1960, devido à política adotada pelo FHWA (Federal High-Way Administration)de manter as pistas de rolamentos livres de gelo, por intermédio do uso intensivo de sal.

As experiências iniciais com sistemas de proteção catódica para as armaduras das estruturasde concreto datam de 1958. Contudo, somente em 1973 e 1974 seriam instalados os primeirossistemas nos Estados Unidos e Canadá, respectivamente. Esses sistemas iniciais, apesar de teremfuncionado com pleno êxito, apresentavam algumas restrições de uso decorrentes do fato de seremcompostos por materiais e equipamentos tradicionais de proteção catódica, adaptados de forma acontornar as restrições impostas pelo concreto. A despeito desse fato, até o final de 1984 haviamsido instalados nos Estados Unidos e Canadá, com algumas modificações, cerca de 60 dessessistemas. No final desse período sugiram novos materiais, revestimentos condutores e anodos emforma de malha expandida. Em grande parte devido ao êxito desses novos materiais, a partir dessaépoca a proteção catódica para as estruturas aéreas de concreto tomou ímpeto, atingindo-se a marcade 200 estruturas protegidas até 1987 e 300 até meados de 1988. Esse aumento vertiginoso nonúmero de sistemas existentes comprova a eficácia desse emergente novo campo de aplicação daproteção catódica.

21.3 MECANISMO BÁSICO DA CORROSÃO DAS ARMADURAS NO CONCRETO

Em condições normais, o concreto apresenta um pH alcalino de cerca de 12,5. Nesseambiente, as armaduras entram em estado passivo, com uma taxa de corrosão virtualmente igual azero. Todavia, nem sempre essa condição prevalece, pois, sob a presença de sais, normalmentecloretos, ou quando o cobrimento do concreto é carbonatado, o aço das armaduras torna-sesuscetível à corrosão. Os produtos resultantes da corrosão do aço ocupam um volume de cerca de2,2 a 10 vezes superior ao volume ocupado pelo material original. Devido a esse aumento devolume, aparecem enormes pressões, superiores a 15 Mpa, na interface entre o concreto e o aço,que, por sua vez, provocam o fissuramento do concreto. O progressivo fissuramento e lascamento



do concreto facilitam ainda mais a penetração de agentes agressivos e a difusão de oxigênio e deCO2, acelerando cada vez mais o processo corrosivo, processo que culminará com o colapso daestrutura.

A elevada alcalinidade do concreto resulta das reações de hidratação dos silicatos de cálciopresentes no cimento. A carbonatação é o fenômeno pelo qual os hidróxidos alcalinos do cimentoreagem com o dióxido de carbono e outros gases ácidos, como SO2 e H2S, presentes na atmosfera,reduzindo o pH do concreto. Caso a cobertura do concreto seja pequena, ou se o concreto não for deboa qualidade, a carbonatação atingirá as armaduras, levando à corrosão generalizada desseselementos metálicos. As taxas médias de penetração da carbonatação, observadas na prática, têmsido de cerca de 1 mm/ano, valor determinado principalmente pela permeabilidade do concreto.Quanto menos denso e mais permeável for o concreto, maior será a taxa de carbonatação e,portanto, maior o risco da corrosão das armaduras.

A prsença de íons cloretos, ou outros íons agressivos, acima de determinado teor, chamadode limiar da corrosão por cloretos, é considerada uma das principais causas da falha prematura doconcreto. A contaminação do concreto por íons cloreto pode dar-se durante a construção, atravésdos materiais empregados (agregados contaminados e aditivos de cura), ou após a construção,proveniente de ambientes agressivos e, ainda, no caso dos países sujeitos à neve, causados pelossais aplicados para degelo.

Situação normalmente encontrada na prática, é a ocorrência simultânea da carbonatação econtaminação por íons cloretos. Essa combinação não só aumenta a taxa esperada de corrosãocomo, também, reduz o valor limiar de corrosão por cloretos.A corrosão das armaduras do concreto, da mesma forma que nas estruturas metálicas enterradas ousubmersas, é um fenômeno de natureza quase sempre eletroquímica. Embora existam diferentesmecanismos, a tiaução mais comum pode ser resumida segundo o esquema mostrado a seguir.

1) A umidade, oxigênio, íons cloreto ou outros agentes agressivos, penetram no concreto edestróem a película de passivação do aço (figura 21.1).

Figura 21.1

2) A concentração de umidade, cloretos e oxigênio é maior junto à superfície.3) As ferragens mais profundas ficam em contato com um eletrólito de características diferentes,

com menor concentração de cloretos, umidade e oxigênio.



4) A variação das características do eletrólito (concreto) dá origem a uma diferença de potencial(pilha de corrosão) entre as ferragens mais superficiais (áreas anódicas) e as áreas maisprofundas (áreas catódicas).

5) A diferença de potencial causa um fluxo de corrente elétrica que abandona as áreas anódicas,corroendo as ferragens, atravessa o concreto, entra nas áreas catódicas e retorna pelas própriasferragens e elementos da armação, fechando o circuito. Os elétrons fluem em sentido contrário(figura 21.2).

Figura 21.2

6) As reações típicas que ocorrem nas áreas anódicas e nas áreas catódicas são mostradas na figura21.3. Como se sabe, as reações nas áreas anódicas ocorrem no aço, provocando sua corrosão, aopasso que nas áreas catódicas as reações de corrosão se processam no meio, não havendo perdade material metálico.



Figura 21.3

7) O produto da corrosão formado na sáreas ocupas ocupa um volume muito maior que o volumede aço corroído, estourando o concreto e aumentando a penetração de umidade, sal, oxigênio eoutros agentes agressivos, o que acelera ainda m ais o processo de corrosão (figura 21.4).

Figura 21.4



21.4 PRINCIPAIS MÉTODOS UTILIZADOS PARA O COMBATE À CORROSÃO NOCONCRETO

As principais medidas que podem ser tomadas para proteger-se o aço utilizado nasconstruções de concreto contra os efeitos da corrosão podem ser divididas nas categorias indicadasno quadro a seguir.

1. Técnicas de reparo local – Técnicas tradicionais de recuperação.2. Procedimento de projeto e – Drenagem.

Construção – Cobrimento adequado das armaduras.– Controle do fator água/cimento.– Outros procedimentos.

3. Métodos de isolamento da – Membranas impermeáveis.Superfície de concreto do – Cobrimentos de concretos poliméricosmeio ambiente agressivo – Cobrimentos de concretos de cimentos

Portland.– Cobrimentos de concretos.– Cobrimentos de concretos modificados

com látex.– Outros revestimentos.

4. Métodos de proteção direta – Aços resistentes à corrosão.das armaduras – Revestimentos.

5. Métodos de controle direto da – Inibidoes químicos.corrosão. – Proteção catódica.

21.4.1 Técnicas de Reparo Localizado

Consistem, basicamente, na recuperação, reforço, ou na substituição do concreto e,eventualmente, das armaduras deterioradas, nos locais que apresentam lascamentos, delaminações,fissuração excessiva etc. Dependendo dos agentes corrosivos envolvidos, na maioria das vezestrata-se apenas de uma solução paliativa, porque, mesmo quando o seviço de recuperação écorretamento executado, o local recuperado, devido ao realinhamento dos pares galvânicos, podeconverter-se numa área catódica que estimula a corrosão das áreas anódicas vizinhas.

21.4.2 Procedimentos de Projeto e Construção

Trata-se de adotar-se durante o projeto e execução das estruturas de concreto os cuidadosmínimos necessários para evitar sua deterioação. Esses cuidados estão descritos em um bomnúmero de manuais de engenharia e em algumas normas brasileiras, como a NBR-6118 (ABNT) e,uma vez obedecidos, reduzirão em muito os possíveis problemas de corrosão. A estrutura deve serprojetada e construída em função do meio ambiente onde será localizada e conforme o tipo de uso.Entre os cuidados a serem adotados podem ser citados os seguintes:– verificação da compatibilidade alcali-agregado;– estabelecimento de coberturas mínimas, de acordo com o tipo de ambiente, estrutura e utilização;– fixação dos limites aceitáveis paa os teores permissíveis de íons cloreto;– proteção adequada contra as intempéries;– utilização de fator água/cimento adequado e, quando necessário, aditivos incorporadores de arpara controle da porosidade e da rede capilar do material esultante;– seleção química do tipo mais adequado de cimento a ser utilizado, levando-se em consideraçãoas condições de uso, meio ambiente etc.;– adição ao cimento de materiais com atividade pozolânica em quantidade compatível com oagente agressivo;



– controle de qualidade compatível com o tipo de agente agressivo;– controle de qualidade dos procedimentos de fabricação e utilização;– utilização de procedimentos adequados de lançamento, adensamento e de cura;– outros procedimentos.

21.4.3 Métodos de Isolamento da Superfície de Concreto do Meio Ambiente Agressivo

Nesses métodos, através da instalação de uma bareira dielétrica e impermeável, procura-seisolar a estrutura do meio ambiente, impedindo, assim, a penetração de íons cloetos e outros agentesagressivos. A barreira pode ser um revestimento ou uma membrana aplicada diretamente sobre asuperfície do concreto, ou fazer parte da própria estrutura da matriz do concreto, pela adição demonômeros polimerizáveis. Pode ser empregada ainda uma sobrecamada de concreto polimérico,concreto fluido, concreto modificado pela adição de látex etc.

Deve-se observar que todas as variantes desse método são de difícil aplicação prática,requerem equipes técnicas altamente especializadas, excelentes técnicas de controle da suaaplicação, dificilmente são eficazes a longo prazo e que, no caso de estruturas existentes, nãoevitarão a corrosão de áreas já afetadas.

21.4.4 Método da Proteção Direta das Armaduras

Nesse método, as armadura de concreto são isoladas do meio ambiente (ou seja, o próprioconcreto), por meio de revestimentos metálicos (de sacrifício ou nobres), ou de base epoxídica. Aaplicação desses revestimentos dificilmente produz bons efeitos a longo prazo e, da mesma formaque os revestimentos utilizados para as tubulações, sofrem danos durante as operações detransporte, manuseio e montagem, o que pode levar a uma corrosão localizada e rápida dasarmaduras.

21.4.5 Métodos de Controle Direto da Corrosão

Os métodos de controle direto da corrosão atuam diretamente sobre as causas dessefenômeno.

Uso de Inibidores Químicos

O uso de inibidores químicos, adicionados durante a mistura do concreto, tem por objetivomodificar as caracrerísticas do concreto (meio ambiente), de forma a impedir a corrosão do aço neleembebido. Alguns inibidores testados em laboratório produziram efeitos adversos nas propriedadesdo concreto, sendo o mais significativo a perda da resistência à compressão. Devem, portanto, serusados com cautela.

Proteção Catódica

A proteção catódica é considerada a técnica mais versátil no controle da corrosão dasestruturas de concreto. Praticamente qualquer tipo de estrutura, nova ou existente, pode serprotegida catodicamente.

Como visto no capítulo 2, nesse método procura-se, basicamente, controlar a corrosão viacontrole direto dos fluxos das correntes de corrosão existentes no circuito aço/concreto.Estudos realizados pelo Departamento de Estradas de Rodagem Norte-Americano (FHWA –Federal High-Way Administration), para avaliar os diferentes métodos disponíveis para o controleda corrosão nas estruturas de concretos contaminados por cloetos, concluíram que a proteçãocatódica é o único método disponível capaz de controlar a corrosão, independentemente do grau decontaminação por cloretos.



21.5 MECANISMO BÁSICO DO FUNCIONAMENTO DA PROTEÇÃO CATÓDICA DECONCRETO

Os princípios básicos utilizados na proteção catódica das estruturas aéreas de concreto sãoos mesmos utilizados para as estruturas metálicas enterradas ou submersas, assunto já visto noscapítulos anteriores. O único tipo de sistema atualmente utilizado para as estruturas de concreto é opor corrente impressa. As experiências feitas com sistemas galvânicos ainda não produziramresultados satisfatórios. A elevada resistividade do concreto inviabiliza sua utilização.

Para melhor compreensão do funcionamento do sistema de proteção catódica por correnteimpressa, recomendamos a leitura do capítulo 2. Para as estruturas de concreto, basicamente oesquema utilizado se resume no seguinte:a) coloca-se um sistema de anodos junto à superfície de concreto, coberto por uma camada de

concreto ou de material condutor;b) o sistema de anodos é interligado ao terminal positivo de um retificador de corrente,

especialmente construído para essa finalidade, sendo as ferragens ligadas ao seu terminalnegativo (figura 21.5);

c) o retificador é ligado, criando-se uma diferença de potencial entre o sistema de anodos e asferragens, que passam a funcionar como catodos e ficam protegidas;

d) a corrente injetada pelo sistema de anodos passa pelo concreto, penetra nas ferragens e retorna aonegativo do retificador, fechando o circuito.

Figura 21.5

21.6 CRITÉRIOS DE PROTEÇÃO

Os critérios de proteção têm por finalidade verificar se uma determinada estrutura encontra-se efetivamente protegida contra a corrosão. Conforme visto no capítulo 2, um dos principaiscritérios adotados consiste em polarizar-se a estrutura a um potencial igual ou mais negativo que –0,85 V, em relação à semi-célula de cobre/sulfato de cobre. No caso das estruturas aéreas deconcreto, ainda não existe um consenso sobre qual o critério mais adequado a ser adotado. A NACE(National Association of Corrosion Engineers) preconiza, como único critério de proteção, apolarização catódica mínima de 100 mV. O valor dessa polarização deve ser determinadocomparando-se, em cada local, o valor do potencial estrutura/meio obtido imediatamente após odesligamento simultâneo dos retificadores com os valores obtidos quatro horas após essa primeiraleitura. Caso a diferença entre esses valores seja igual ou superior a 100 mV em todos os pontos demedição, a estrutura é considerada protegida. Caso contrário, deverão ser feitos os ajustesnecessários.



Além do critério descrito acima são propostos, também, os seguintes:a) potencial absoluto máximo de –0,77V. Todos os elementos metálicos da estrutura deve ser

polarizados a um potencial igual ou mais negativo que esse valor;b) variação negativa mínima de 300 mV, em relação ao potencial natural da estrutura. Por esse

critério é feito um levantamento dos potenciais naturais ao longo da estrutura antes daenergização do sistema e outro levantamento após. A diferença entre os potenciais em todos ospontos medidos deve ser igual ou superior a 300 mV;

c) determinação ca Curva E x log (I). Nesse critério, o potencial de proteção é determinado a partirde gráficos traçados com as coordenadas obtidas por meio de um teste de injeção de corrente.Observamos que, por se tratar de um critério que, em determinadas condições, envolveconsiderações de natureza subjetiva, esse método é aconselhável para uso em condiçõescontroladas de laboratório, pois é de difícil aplicação no campo.

21.6.1 Potenciais Mínimos

Convém observar que alguns autores recomendam que, em qualquer caso, os potenciais nãodevem atingir valores mais negativos que –1,17 V (Cu/CuSO4), sob pena de pôr-se em risco aaderência entre o aço e o concreto. Recentes estudos de laboratório, contudo, comprovaram que,qualquer que seja o potencial obtido, não existe tal risco para os valores de densidade de correnteusualmente adotados na prática.

Em estruturas de concreto protendido, entretanto, para evitar-se o risco de corrosão do tipofragilização por hidrogênio, é necessário que os cabos de protensão tenham seus potenciaismonitorados, de forma que não atinjam valores mais negativos que –0,90 V (Cu/CuSO4),imediatamente após o desligamento do(s) retificador(es).

21.7 MEDIÇÕES DE POTENCIAL

Conforme vimos, as medições de potencial são o principal meio utilizado para se avaliar seuma está catodicamente protegida. No caso das estruturas de concreto, essas medições são feitas deforma similar às medições realizadas para as instalações metálicas enterradas, basicamente com osmesmos instrumentos e equipamentos. Devem ser tomados, contudo, os seguintes cuidadosadicionais:a) utilizar somente voltímetros com impedância igual ou superior a 10 mohm;b) sempre que necessário, o concreto no local da medição deverá ser pré-umedecido;c) quando as medições forem realizadas com a semi-célula na posição horizontal, ou na de ponta-

cabeça, observar que a solução de cobre deve estar sempre em contato simultâneo com o plugporoso e o bastão de cobre.

Esse método de medição está descrito no padrão ASTM C-876-87, intitulo Half-CellPotential for Uncoated Reinforcing in Concrete.As medições de potencial são também o único método disponível paa uma avaliação não destrutivada presença ou não de um processo de corrosão das armaduras. Para tanto, é necessári fazer-se ummapeamento do potencial ao longo da superfície de concreto. Os valores obtidos devem seranalisados conforme o seguinte:a) regiões com potenciais iguais ou mais positivos do que –0,20V (Cu/CuSO4): “Existe cerca de

90% de probabilidade de não haver corrosão ativa.”;b) regiões com potenciais entre –0,20 V e –0,35 V (Cu/CuSO4): “Existem probabilidades iguais

qanto a haver ou não corrosão ativa.”;c) regiões com p otenciais mais negativos que –0,35 V (Cu/CuSO4): “Existe cerca de 90% de

probabilidade de haver presença de corrosão ativa.”.



Foto 21.1 – Medição do potencial da armadura em relação ao concreto, utilizando um eletrodo de Cu/CuSO4.

21.8 PROJETO DE SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA PARA ESTRUTURAS DECONCRETO

21.8.1 Generalidades

A grosso modo, os critérios gerais empregados na elaboração de um projeto de proteçãocatódica para uma estrutura aérea de concreto armado são semelhantes aos utilizados nodimensionamento dos sistemas tradicionais. Alguns aspectos, entretanto, apresentam substanciaisdiferenças em relação aos sistemas tradicionais, podendo citar-se, entre outros, os seguintes:– necessidade de uma distribuição uniforme da corrente de proteção;– necessidade de monitorar-se, principalmente nas estruturas de concreto protendido, os potenciaismínimos de proteção;– tipos de sistemas utilizados;– densidade de corrente de proteção utilizados;– densidade de corrente máxima na superfície dos anodos;– especificações e materiais para montagem;– especificações para energização e operação.

O principal obstáculo encontrado na aplicação de proteção catódica nas estruturas deconcreto consiste no fato de ser impossível, a não ser no caso em que a estrutura de concreto estejaenterrada ou submersa, injetar-se a corente de proteção por intermédio de um ponto remoto àestrutura, o que acarreta a necessidade de se distribuir a corrente de proteção por intermédio depntos localizados dentro, ou na interface, da própria estrutura de concreto. Nesse aspecto surgemalgumas dificuldades, mostradas a seguir.1) A cobertura das armaduras do concreto é, normalmente, de, no máximo, 50 mm, o que traz as

seguintes conseqüências:– reduzido espaço disponível para a instalação dos anodos, cabos e demais componentes dosistema de proteção catódica;– dificuldade de obter-se uma distribuição de corente uniforme, face à proximidade queforçosamente existirá entre os anodos e as armaduras do concreto;– efeito de blindagem elétrica entre as várias camadas de armaduras;



– risco de curto entre os anodos e a armadura.

2) Resistividade elevada do concreto, acarretando:– dificuldade de obter-se uma baixa resistência de aterramento do sistema de anodos;– dificuldade de obter-se uma boa distribuição da corrente de proteção.

Para contornar os problemas acima descritos, foram desenvolvidos, nos últimos anos,diversos tiops de sistemas que apresentam duas características básicas em comum:• a injeção da corrente de proteção é feita por um sistema de anodos instalados ao longo de uma oumais superfícies da estrutura de concreto;• baixas densidades de corrente na interface anodo/concreto.

Podemos classificar os sistemas atualmente disponíveis, segundo os recursos utilizados parainjetar-se a corrente de proteção, em quatro diferentes tipos:– sistemas com sobrecamada condutora;– sistemas embebidos no concreto;– sistemas com revestimentos condutivos;– sistemas distribuídos.

Os dois primeiros tipos foram desenvolvidos objetivando-se a proteção catódica de pontes eviadutos. Com o desenvolvimento dos dois últimos sistemas, tornou-se possível proteger-se,também, outros tipos de estruturas.No item 21.8.5 apresentamos as principais características de cada um desses sistemas.

21.8.2 Tipos de Estruturas que Podem ser Protegidas

Inicialmente, a proteção catódica era aplicada apenas em pontes e viadutos. Só nos EstadosUnidos já existiam, em julho de 1988, mais de 300 dessas estruturas protegidas catodicamente.Com a atual tecnologia, entretanto, é possível proteger-se catodicamente praticamente qualquer tipode estrutura aérea de concreto armado, principalmente aquelas contaminadas por íons cloreto. Osprincipais tipos de estruturas que podem ser protegidos catodicamente são os seguintes:– tabuleiros de pontes e viadutos;– subestruturas de pontes e viadutos;– edificações de concreto armado;– estruturas marítimas, tais como cais, piers, docas, terminais de adubos etc.;– estruturas offshore em concreto armado;– instalações industriais;– estações de tratamento de efluentes;– silos de armazenamento;– tanques de salmoura;– outras estruturas em concreto armado.

Qualquer dessas estruturas situadas em ambiente marinho, atmosfera agressiva oucontaminada por cloretos de qualquer origem, estão sujeitas a severos processos de corrosão, cujaúnica solução definitiva está no uso da proteção catódica.

21.8.3 Dados para o Projeto

Para a elaboração de um projeto de proteção catódica para uma estrutura de concretoarmado, é necessário um levantamento completo das características dessa estrutura. A tabela 21.1apresenta, de forma resumida, os dados que poderão ser necessários na elaboração do projeto.



TABELA 21.1Dados Necessários ao Projeto

Parâmetros DescriçãoLocais Localização da estrutura

Condições ambientaisGrau de exposição às intempériesTipo de usoForma de acessoTeor de cloretos e sua distribuiçãoDióxido de carbono (carbonatação)PHResistividade elétrica

Estruturais Restrições de usoCargas de projetoData de construçãoRegistros de reparos e manutençãoPropriedades do concretoDetalhes de distribuição das armadurasOutras estruturas metálicas existentesTeste de cloretos e análise químicaFontes de cloretosPesquisa de potenciais eletrolíticosTestes de delaminaçãoTestes de continuidade elétrica das armadurasDeterminação de grau de cobertura das armadurasPesquisa de correntes de interferênciaPesquisa de possíveis fontes de interferênciaNecessidade de isolamento elétrico de estruturas estranhasLocalização e detalhes das juntas de expansão, aterramento,elétrico, conduítes, tubulações e demais acessóriosEstado geral da estrutura

Do sistema Critério de proteçãoResistências elétricas previstas para o circuitoFontes de alimentaçãoAtenuação da distribuição da correnteDensidade de corrente de proteçãoDensidades de correntes admissíveis nos anodosInstrmentação e sistema de monitoraçãoProteção física dos componentes do sistemaMateriaisEquipamentos

21.8.4 Levantamento de Dados

A maioria dos dados acima poderá ser obtida diretamente a patir dos desenhos de construçãoda estrutura de concreto. Alguns dados, contudo, deverão ser obtidos in loco, com os instrumentosadequados. Entre eles citamos:– pesquisa de lascamentos;– levantamento de potenciais eletroquímicos naturais;– pesquisa de contaminação por cloreto;– espessura de cobrimento;



– fontes de energia elétrica;– levantamento estrutural.

21.8.4.1 Instrumentos necessários

Os instrumentos normalmente utilizados no levantamento de dados necessários ao projeto dosistema de proteção catódica e para a energização são os seguintes:– instrumento de medição de pH;– instrumento de medição de resistividade elétrica;– instrumento para testes de cloretos e sulfatos;– multímetros co impedância mínima de 10 mohm;– eletrodos de referência portáteis;– equipamento paa teste de injeção de corrente;– equipamento para teste de continuidade das armaduras;– medidor de cobertura de concreto;– detector de metais;– cabos e fios de teste.

21.8.5 Tipos de Sistemas

21.8.5.1 Sobrecamada condutora

Para contornar o problema de distribuição da corrente de proteção, os primeitos sistemas deproteção catódica projetados para pontes eram compostos por anodos de ferro-sil´cio (chamados deanodos primários) distribuídos sobre o tabuleito d aponte e recobertos por uma camada de asfaltocondutor (chamado de anodo secundário), que tinha pro função permitir uma distribuição uniformeda corrente de proteção e obter um baixo valor final de aterramento do sistema de anodos. Acamada de asfalto condutivo era recoberta por uma camada de concreto ou asfalto comum.

O asfalto condutivo é obtido adicionando-se, à emulsão asfáltica, moinha de coquemetalúrgico de baixa resistividade elétrica. O valor final da resistividade elétrica da emulsão é decerca de 5 ohm.cm.

Um refinamento desse sistema consiste em embutir-se os anodos e os cabos elétricos emcortes feitos no concreto. Esse procedimento permite, a qualquer tempo, fazer-se orecondicionamento da superfície do tabuleiro sem risco de dano aos componentes do sistema. Asprincipais características dos sistemas com sobrecamada condutoa são as seguintes:– apresenta uma excelente distribuição da corrente de proteção;– não requer a utilização de materiais e equipamentos especiais;– não podem ser utilizados em superfícies verticais, nem podem ser instalados pro baixo dasestruturas;– normalmente, a aplicação é limitada aos tabuleiros de pontes e viadutos;– acrescenta um grande peso morto à estrutura, representado pela camada de asfalto condutivo epela camada de concreto adicional, que nem sempre a estrutura está apta a suportar, mesmo nassituações normais de carregamento;– obriga ao remanejamento de vários acessórios, tais como caixas de dreno, juntas de dilatação etc.

21.8.5.2 Sistemas embutidos no concreto

Nesse tipo de sistema os anodos são instalados em ranhuras cortas no concreto e envoltospor um polímero condutor que possui resistividade elétrica inferior a 10 ohm.cm. O sistema deanodos é composto por anodos primários de fios de titânio platinizado e anodos secundários de fibrade carbono ou titânio platinizado, instalados em forma de malha sobre a superfície de concreto. Asdimensões típicas dessas ranhuras são de 15 mm x 20 mm, com espaçamento de 7,0 entre os anodos



primários, dispostos perpendicularmente à superfície do estrado, e de 0,3 m entre anodossecundários, dispostos longitudinalmente à superfície.

A principal vantagem que o sistema embutido oferece em relação ao sistema comsobrecamada condutora é a de dispensar o uso de uma camada de asfalto condutor.

As principais características dos sistemas embutidos são as seguintes:– dispensam o uso de uma sobrecamada condutora;– só podem ser aplicados para estruturas com uma cobertua mínima das armaduras de 25 mm;– requerem a execução de uma malha de pequenos cortes na superfície do concreto;– acrescentam pouco peso à estrutura;– requerem a aplicação de polímero condutivo, cujos componentes devem ser misturados in loco,envolvendo os anodos;– os anodos não podem ser instalados nas superfícies verticais ou por baixo das estruturas.

21.8.5.3 Sistemas distribuídos com anodos em forma de telaOs anodos em forma de tela são montados diretamente sobre a superfície da estrutura de

concreto a ser protegida.O desenvolvimento dos anodos em forma de tela deu novo impulso à proteção catódica das

estruturas de concreto, pois, uma vez que podem ser montados diretamente sobre quase todos ostipos de superfícies, tornou possível proteger-se catodicamente a maioria das estruturas de concretoexistentes.

Os anodos, após serem presos sobre a superfície da estrutura, são recobertos por umacamada de concreto projetado, que pode variar de 10 mm a 40 mm, dependendo do diâmetro dosfios da tela. Os materiais empregados para a fabricação da tela (anodo) são fios de cobre revestidoscom um polímero condutor inerte ou fios de titânio expandido recobertos com óxidos metálicosmistos.



Foto 21.2 – Instalação do anodo em forma de tela.

As principais caracteísticas dos sistemas distribuídos compostos por anodos em forma de tela são asseguintes:– dispensam o uso de uma sobrecamada condutora;– podem ser projetados para uma bvda útil superior a 30 anos;– possuem alto grau de redundância de circuito: o dano ocorrido em qualquer ponto da malha em

nada afetará o f uncionamento do sistema, pois existirá sempre uma infinidade de circuitosalternativos para a passagem da corrente que circula na malha;

– acrescentam pouco peso à estrutura;– são de fácil montagem e não implicam na trabalhosa mistura de componentes in loco;– podem ser instalados independentemente do grau de cobertura do concreto;– podem ser instalados em superfícies verticais, horizontais e por baixo das estruturas;– permitem excelente distribuição da corrente de proteção;– os anodos de titânio platinizado eliminam o risco de ataque ácido do concreto, uma vez que

ocorre somente a evolução de oxigênio, e possuem coeficiente de expansão térmica semelhanteao do concreto.

A figura 21.6 mostra esquematicamente o funcionamento desses sistemas, que estão sendo muitousados devido às grandes vantagens que possuem sobre os outros.



Figura 21.6 – Esquema de funcionamento do sistema de proteção catódica com anodos em forma de tela.

21.8.5.4 Sistemas com revestimentos condutores

Uma película de revestimento condutor, que funciona como anodo secundário do sistema, éaplicada sobre a superfície de concreto. O anodo primário utilizado nesse caso é o fio de titânioplatinizado, sendo que mais recentemente têm sido utilizadas, também, fitas adesivas condutoras.

A vantagem desse sistema é a de poder ser usado em superfícies de concreto de qualquertipo de geometria sem praticamente acrescentar peso extra à estrutura, alé de não apresentarquaisquer limitações dimensionais. Por outro lado, requer para sua aplicação um excelente grau decontrole e inspção, pois qualquer falha no revestimento prejudicará o bom funcionamento dosistema.

Basicamente são utilizados três tipos de revestimentos diferentes: pinturas condutoras,revestimentos condutores poliméricos e metalização. Em ambos os casos, o revestimento pode seropcionalmente recoberto por um outro com finalidade decorativa ou de proteção.

Os sistemas com revestimentos condutores apresentam as seguintes características:– dispensam o uso de uma cobrecamda condutora;– apresentam uma excelente distribuição da corrente de proteção;– praticamente não acrescentam peso morto à estrutura;– no caso da metalização, devem ser dimensionados com massa suficiente para a vida útil previstapara o sistema; o desgaste da metalização é semelhante ao dos sistemas galvânicos que utilizamanodos de zinco;– requerem um excelente grau de controle e inspeção;– não devem ser aplicados a superfícies sujeitas a fortes processos abrasivos, a menos que sejaprevisto um sistema de proteção adequado;– podem ser utilizados nas superfícies verticais e por baixo das estruturas.



21.8.6 Dimensionamento

O critério básico a nortear qualquer projeto de proteção catódica é o de garantir-se que hajauma distribuição de corrente compatível com as necessidades de polarização da estrutura a serprotegida. É imprescindível, principalmente no caso de proteção catódica de estruturas de concretoarmado e/ou protendido, que a distribuição de corrente seja bastante equilibrada, de forma a manteros potenciais das armaduras dentro dos limites recomendáveis para a proteção. As principaisorientações para o dimensionamento são as seguintes:

Densidade de Corrente de Proteção

Para as estruturas de concreto, como em qualquer sistema de proteção catódica, a densidadede corrente de proteção é função, entre outros fatores, da resistividade do eletrólito. No concreto,em função do grau de contaminação por íons cloretos, composição química do concreto, teor deumidade etc., a resistividade elétrica pode variar desde 104 ohm.cm até 109 ohm.cm. A densidadeinicial da corrente necessária à polarização das armaduras varia, na maioria das aplicações práticas,de 10 a 20 mA/m2, e o valor da densidade de corrente necessária à manutenção da polarização,entre 0,5 e 1,0 mA/m2. Em ambos os casos, os valores indicados são valores médios. Nas regiõesmais contaminadas por cloretos, os valores poderão chegar a cerca de 100 mA/m2 e sereminferiores a 0,5 mA/m2 nas regiões não contaminadas ou pouco contaminadas.

Densidade de Corrente Máxima Admissível nos Anodos

Para evitar-se que ocorra ataque ácido ao concreto nas supefícies de interface com o sistemade anodos, é necessário limitar-se a densidade de corrente ao longo dessa interface em torno de 108mA/m2.

Segundo informação dos fabricantes, os anodos da malha de titânio expandido nãoprovocam ataque ácido ao concreto.

Determinação da Corrente de Proteção

A corrente de proteção é calculada em função das densidades de corrente de proteçãoprevistas, da área externa total das armaduras e outros elementos metálicos embebidos no concretoe da folga de corrente para cobrir eventuais perdas de corrente para estruturas metálicas estranhasao sistema. O cálculo deve ser feito de forma itemizada, conforme a densidade das armaduras emcada trecho da estrutura de concreto e/ou das características do concreto de cada região.

Continuidade Elétrica

Para que o sistema funcione adequadamente, as armaduras devem formar um circuitoeletricamente contínuo. Normalmente, a própria técnica empregada na armação das armaduras jágarante uma boa continuidade elétrica. É necessário, entretanto, examinar-se atentamente osdesenhos de construção, procurando-se possíveis pontos de descontinuidade elétrica. Sempre quenecessário, deverão ser executados testes de continuidade elétrica in loco. As possíveisdescontinuidades encontradas poderão ser corrigidas por meio de conexões elétricas.

A falta de continuidade elétrica poderá provocar a corrosão eletrolítica das armaduras e deoutros acessórios metálicos não interligados ao sistema de proteção catódica.



Distribuição dos Circuitos Positivos

Ao longo do circuito positivo do sistema deve-se evitar que, face à queda ôhmica nos cabos,ocorra uma atenuação de potencial muito pronunciada. Para tanto, deverão ser usados cabos debitola adequada e o sistema deverá ser subdividido em diversos subsistemas, dimensionadosconforme as necessidades de proteção de cada trecho da estrutura.

Tipo de Sistema

A escolha do tipo de sistema ser utilizado deverá ser feita conforme as necessidades daestrutura que se quer proteger, da experiência do projetista e dos materiais disponíveis.

Retificadores

A escolha da capacidade dos retificadores é feita segundo a mesma orientação adotada paraoutros sistemas de proteção catódica, sendo que os equipamentos mais usados são os automáticos.Para certas aplicações, conduto, podem ser utilizados equipamentos não automáticos.

O equipamento precisa ser alimentado com um circuito de corrente alternada (normamentede 110 ou 220 V), e deve ser instalado em local de fácil acesso. A falta de disponibilidade decorrente alternada pode inviabilizar a instalação do sistema

Esses retificadores possuem, normalmente, múltiplas saídas, dimensionadas de acordo com acorrente de proteção e a resistência prevista para os diversos circuitos do sistema. Normalmente, sãoutilizados equipamentos de baixa capacidade, com saída de corrente contínua em cada circuito emtorno de 30 V/15 V.



Foto 21.3 – Retificador com múltiplas saídas, utilizado para a proteção catódica das armaduras de uma obra de concreto.

Monitoração

Nas estruturas em que não for possível fazer-se medições de potencial com semi-célulaportátil, face à existência de membranas impermeáveis, cobertura de asfalto etc., será necessárioinstalar-se eletrodos permanentes para monitoração dos potenciais. Esses eletrodos podem ser dezinco/sulfato de zinco, cobre/sulfato de cobre ou grafite. A literatura técnica cita ainda o empregode eletrodos de referência de molibdênio, chumbo e prata/cloreto de prata para essas aplicações.

Vida Útil

A vida útil do sistema dependerá da vida média prevista para o sistema de anodos. Tendo emvista as características dos materiais utilizados e as baixas densidades de correntes utilizadas, osistema poderá ser projetado para uma vida útil na faixa de 20 a 30 anos, ou até mesmo superior aessa faixa, segundo alguns fabricantes.

Isolamento Elétrico

Em alguns casos, poderá ser necessário fazer-se o isolamento elétrico de estruturas metálicasdireta ou indiretamente interligadas às ferragens do concreto. Esta necessidade poderá sercomprovada pela análise dos desenhos de construção e por testes de campo.



Correntes de Interferência

Caso os testes de campo acusem a presença de correntes de fuga nas ferragens do concreto,poderá ser necessário tomar-se medidas preventivas.

O tratamento dado às correntes de interferência porventura existentes em uma estrutura deconcreto é semelhante ao aplicado nos sistemas tradicionais, conforme mostrado no capítulo 10.

21.9 CONCLUSÕES

A contaminação por íons cloreto e a carbonatação são as p rincipais causas da corrosão dasarmaduras das estruturas de concreto.

A proteção catódica é a única técnica existente capaz de efetivamente controlar a corrosãode concretos carbonatados ou contaminados por cloretos.

O uso da proteção catódica deve ser considerado como uma alternativa importante para oreparo e conservação das estruturas de concreto armado.

Para as estruturas existentes, o uso da proteção catódica é uma técnica complementar a serutilizada em conjunto com outras técnicas de recuperação.

O tipo de sistema a ser utilizado dependerá do tipo de estrutura a ser protegida.Atualmente, com os materiais disponíveis, é possível proteger-se praticamente qualquer tipo

de estrutura de concreto contra a corrosão, por meio de proteção catódica.Apenas o conservadorismo e a falta de conhecimentos das reais causas da corrosão têm

impedido uma maior aplicação da proteção catódica às estrutruras de concreto.



CAPÍTULO 22Proteção Catódica para Sistemas de Abastecimento de Combustível de Aeroportos

22.1 INTRODUÇÃO

Dentre os modernos sistemas de apoio que constituem um aeroporto, destaca-se o deabastecimento de querosene para aviação, constando de tubulações de aço enterradas desde umarefinaria até os tanques de armazenamento do aeroporto e daí aos bicos de carregamento dos aviões,distribuídos ao longo do pátio de estacionamento de aeronave. Esse sistema permite oabastecimento simplificado das aeronaves, sem a utilização dos tradicionais caminhões-tanque.

A segurança operacional dessas tubulações enterradas, bem como das bases metálicas dostanques de armazenamento, sob o ponto de vista da corrosão pelo solo, é garantida pelofuncionamento eficaz dos sistemas de proteção catódica.

22.2 SISTEMA DE TUBULAÇÕES E TANQUES PARA TRANSPORTE,ARMAZENAMENTO E DISTRIBUIÇÃO DO QUEROSENE PARA AS AERONAVES

O sistema típico destinado ao abastecimento de combustível para as aeronaves constitui-se,em linhas gerais, do demonstrado a seguir.

22.2.1 Transporte Refinaria/Aeroporto

Para o transporte do querosene da refinaria aos tanques de armazenamento do aeroporto, éconstruída uma tubulação de aço, revestida externamente, com trechos enterrados e/ou submersos,dependendo do local. O revestimento externo normalmente utilizado é o convencional, à base deasfalto ou esmalte de piche de carvão, com reforço de véu de lã de vidro.

22.2.2 Armazenamento no Aeroporto

Para o armazenamento do combustível no aeroporto são construídos tanques convencionais,normalmente cilíndricos, com base apoiada no solo.

22.2.3 Distribuição para as Aeronaves

Para a distribuição do combustível às aeronaves, são lançadas, dentro dos limites doaeroporto e convenienemente distribuídas ao longo do pátio de estacionamento, tubulaçõesenterradas com revestimento externo convencional. Essas tubulações distribuem “bicos” decarregamento ao longo do pátio, que são utilizados para o abastecimento dos aviões.



Figura 22.1 – Esquema típico de proteção catódica para o

sistema de abastecimento de combustível de um aeroporto.

22.3 SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA UTILIZADOS

Para a proteção catódica do conjunto assim constituídos, são utilizados, de um modo geral,os sistemas a seguir demonstrados.

22.3.1 Proteção Catódica para o Trecho Refinaria/Aeroporto

O trecho entre a refinaria e o aeroporto, normalmente extenso, é protegido por intermédio deum sistema por corrente impressa, com um ou mais retificadores instalados ao longo do seupercurso. Eventualente, se as condições de solo permitirem ou se a corrente de proteção for muitobaixa, anodos galvânicos poderão ser utilizados.

22.3.2 Proteção Catódica para os Tanques de Armazenamento

Os tanques de armazenamento de querosene podem ser protegidos com anodos galvânicos,que, além de fornecer proteção catódica integral às partes externas das bases dos tanques,funcionam como sistema de aterramento elétrico, eliminando, assim, a instalação de hastes deaterramento e cabos de cobre nu, que introduzem pilhas de corrosão, indesejáveis, conformemostrado no capítulo 13.

As bases metálicas dos tanques, antes de serem assentadas, são revestidas externamente commaterial à base de asfalto, com o objetivo de auxiliar o sistema de proteção catódica, diminuindo aquantidade de corrente necessária paa a proteção dos tanques e, conseqüentemente, aumentando avida dos anodos galvânicos utilizados.

Dependendo da resistividade elétrica do solo e da extensão das áreas a proteger, o sistemapor corrente impressa pode também ser utilizado nos tanques.



22.3.3 Proteção Catódica para as Tubulações de Querosene dentro do Aeroporto

As linhas destina das á distribuição do combustível ás aeronaves, normalmente construídassob as pistas de rolamento e pátio de estacionamento do aeroporto, são geralmente protegidas comum sistema de proteção catódica por corrente impressa, utilizando-se um ou mais retificadoresconvenientemente ligados aos respectivos leitos de anodos.

Devido às rigorosas condições impostas à obra, com a dificuldade de se atingir as tubulaçõesapós o término da construção do aeroporto, os trabalhos de levantamento de campo, elaboração doprojeto e montagem do sistema de proteção catódica, incluindo a inspeção do revestimento externodos tubos, são desenvolvidos com extremo cuidado, conseguindo-se, dessa maneira, totalconfiabilidade na proteção das linhas ao longo dos anos, sendo que os sistemas são dimensionadospara a vida mínima de 20 a 30 anos.

Para tornar o sistema de proteção catódica tecnicamente viável, o sistema de aterramentoelétrico instalado para os bicos de carregamento das aeronaves precisa ser cuidadosamente isoladodo restante das tubulações. Como se sabe, os aterramentos elétricos convencionais, constiotuídos depeças de cobre nu, possuem baixa resistência para a terra e são muito catódicos em relação ao aço,desviando, por isso mesmo, grande parte da corrente de proteção catódica destinada aos tubos. Paraa obtenção do isolamento elétrico são utilizados flanges com juntas, cartuchos e arruelas isolantesnos pontos de ligação dos bicos de carregamento com as tubulações de querosene.

22.4 LEVANTAMENTOS DE CAMPO PARA O PROJETO DE PROTEÇÃO CATÓDICA

Para o desenvolvimento do projeto de proteção catódica para as bases dos tanques e para astubulações de querosene enterradas, é essencial um criterioso levantamento das condições locais,destacando-se:

• Medições das Resistividades Elétricas do SoloAs resistividades elétricas do solo são medidas na região do parque de tanques e ao longo do

traçado das tubulações de querosene, em quatro profundidades diferentes (1,5 m, 3,0 m, 4,5 m e 6,0m do nível do solo) pelo Método dos Quatro Pinos.

• Medições de Potenciais Tubo/SoloDurante o lançamento das linhas são realizadas medições de potenciais naturais dos tubos de

aço enterrados em relação ao solo (potenciais tubo/solo), com o auxílio de um voltímetro especial,com alta sensibildiade e alta resistência interna, complementado por uma semi-célula decobre/sulfato de cobre, utilizada como referência.

• Inspeção e Reparos do Revestimento Externo dos TubosDurante a construção da linha e antes do lançamento da vala, todos os tubos devem ter o seu

revestimento externo cuidadosamente inspecionado, com o auxílio do instrumento Holiday Detectore criteriosamente reparado, nos pontos defeituosos.

Esse cuidado adicional contribui para o aumento da eficiência global do revestimento, após acompleta construção da linha, com diminuição acentuada da demanda de corrente de proteçãocatódica e conseqüente economia na operação do sistema e no desgaste dos anodos instalados.

• Levantamentos AdicionaisAlém das medições mencionadas e visando o melhor desempenho do sistema de proteção

catódica, são ainda realizados levantamentos e estudos adicionais a respeito das condições da área,tais como a escolha dos melhores locais para a instalação dos leitos de anodos (galvânicos einertes), o estudo das condições de distribuição da corrente de proteção ao longo das linhas, ainfluência das galerias e dos tubos-camisa sobre o perfeito funcionamento do sistema, a escolha dos



melhores locais paa a instalação dos pontos permanentes para as medições dos potenciais tubo/solo(pontos de teste), estudo das possibilidades de influência do sistema de proteção sobre outrasinstalações do aeroporto, ou sobre estruturas metálicas enterradas nas proximidades, e na execuçãode testes de injeção de corrente para a determinação da melhor densidade a ser utilizada para oprojeto de proteção catódica.

Todas essas informações devem ser cadastradas com rigor e cuidadosamente analisadasvisando a maior segurança possível para o funcionamento eficiente do sistema prometado.

22.5 CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO

Terminada a instalação do sistema de proteção catódica, os retificadoes são energizados eregulados de modo a fornecer potenciais de proteção a todas as tubulações enterradas, bem como àsbases de tanques. Os potenciais de proteção devem ser iguais ou mais negativos que os valoesabaixo, referidos ao eletrodo de Cu/CuSO4:• tanques – 1,00 V;• tubulações – 0,85 V.

22.6 CONCLUSÃO

Os sistemas de proteção catódica instalados para as tubulações enterradas e paa os tanquesque constituem o sistema de abastecimento, armazenamento e distribuição de querosene de aviaçãopara os aeroportos, devido às suas características, garantem a durabilidade e a segurançaoperacional completa para essas importantes estruturas.

Nestas condições, o investimento com esses sistemas, da ordem de 1% das instalaçõesprotegidas, é perfeitamente justificável e recomendável para todas as obras do gênero.



CAPÍTULO 23Sistema de Proteção Catódica do Gasoduto Rio–São Paulo

23.1 INTRODUÇÃO

No presente capítulo apresentamos as principais características do Sistema de ProteçãoCatódica e de Drenagem de Corrente destinado a proteger, contra a corrosão pelo solo e pelascorrentes de fuga das estradas de ferro eletrificadas, as tubulações de aço enterradas do GasodutoRio–São Paulo, desde Volta Redonda, no Estado do Rio, até a Petroquímica Unisão S.A. (PUSA),em Capuava, no estado de São Paulo.

O Gasoduto Rio–São Paulo, construído pela Petrobras em 1987/88, faz parte integrante dosseguintes sistemas de dutos daquela empresa, em operação no Rio de Janeiro e em São Paulo:• no estado do Rio de Janeiro – Gasoduto Duque de Caxias/Santa Cruz/Volta Redonda eOleoduto Duque de Caxias/Snta Cruz/Volta Redonda, incluindo um ramal para Piraí;• no estado de São Paulo – Oleodutos São José dos Campos/Guararema, Oleoduto São Josédos Campos/Utinga e Naftaduto Capuava/Utinga.

O Gasoduto Rio–São Paulo transporta gás natural, oriundo da Bacia de Campos, no Estadodo Rio, paa a Petroquímica União (PUSA), em são Paulo, além de várias indústrias existentes aolongo do seu traçado, tanto no estado do Rio quanto no estado de São Paulo.

O gasoduto, construído com tubos de aço-carbono enterrados, opera com segurança eeficiência graças a um sistema de proteção anti-corrosiva, constituído de um revestimento protetorexterno complementado por um importante sistema de proteção catódica e de drenagem tubo/trilhodas correntes de fuga das estradas de ferro eletrificadas.

23.2 DESCRIÇÃO

O gasoduto, com o diâmetro de 22” e 316 km de comprimento, inicia-se em Volta Redonda(RJ), mediante derivação do gasoduto Caxias/Santa Cruz/Volta Redonda (GASVOL), que interligaa Refinaria Duque de Caxias (REDUC) ao Terminal de Volta Redonda (TEVOL), no estado doRio.O primeiro trecho do gasoduto, entre a Estação Intermediária de Volta Redonda (RJ) e a Refinariade São José dos Campos (REVAP-SP), tem aproximadamente 218 km de extensão.A partir da REVAP, o gasoduto segue paralelamente aos dutos existentes da Petrobras (cru, óleocombustível e claros), alcançando o Terminal de Guararema (SP) e percorendo a distância de 34km.Do Terminal de Guararema, ainda ao longo dos dutos existentes (claros e óleo combustível), ogasoduto atinge a localidade de Suzano (SP), percorrendo mais 34 km.O trecho final do gasoduto, entre Suzano (SP) e a Petroquímica União é de 30 km.O gasoduto, no trajeto entre Volta Redonda e Capuava, atravessa três municípios fluminenses:Volta Redonda, Barra Mansa e Resende e 19 municípios paulistas: Bananal, São José do Barreira,Areias, Silveiras, Cachoeira Paulista, Lorena, Guaratinguetá, Aparecida, Roseira,Pindamonhangaba, Taubaté, Caçapava, São José dos campos, Jacareí, Guararema, Mogi das Cruzes,Suzano, Ferraz de Vasconcelos e Mauá.

Entre Volta Redonda e São José dos Campos, o gasoduto foi lançado em faixa desapropriadapara esse fim. Entre São José dos Campos e Capuava a tubulação foi construída em faixa jáexistente, ao longo de outros dutos da Petrobras. Nesse trecho existem cruzamentos importantes,com estradas de ferro eletrificadas, que exigem cuidados especiais para a proteção contra a corrosãodos tubos enterrados, devido aos problemas de corrente de fuga dos sistemas de tração por correntecontínua.O revestimento protetor externo da tubulação, de boa qualidade, foi feito à base de asfalto (AsphaltEnamel), de acordo com as Normas Petrobras N-194 e N-1880.



23.3 LEVANTAMENTOS DE CAMPO PARA O PROJETO DO SISTEMA DE PROTEÇÃOCATÓDICA

Para permitir o perfeito dimensionamento do sistema de proteção catódica e de drenagemdas correntes de interferência, foram executados levantamentos de campo cuidadosos, commedições das resistividades elétricas do solo, verificação das condições de operação dos sitemas deproteção catódica dos dutos existentes, avaliação das correntes de interferência ao longo do traçadodo gasoduto e escolha dos locais para a instalação dos pontos de teste, retificadores/leitos de anodose equipamentos de drenagem.

23.3.1 Resistividades Elétricas do Solo

As resistividades elétricas do solo foram medidas de 500 em 500 m ao longo do gasoduto,na profundidade de 5 pés (1,524 m) pelo método dos quatro pinos, com o auxílio de instrumentosapropriados. A cada cinco locais foram feitas medições também nas profundidades de 3,0 m (10 ft),4,5 m (15 ft) e 6,0 m (20 ft).

Nos locais de aproximação da faixa do gasoduto com outras tubulações, as medições foramfeitas com os pinos do instrumento alinhados perpendicularmente aos dutos existentes, de modo aevitar distorções.

Figura 23.1 – Traçado esquemático do Gasoduto Rio–São Paulo.

Pelo mesmo motivo, as medições executadas em faixas já ocupadas por tubulaçõesprotegidas catodicamente, foram feitas com os retificadores mais próximos desligados.

Os valores médios medidos das resistividades elétricas estão na tabela 23.1.A análise dos valores obtidos mostra que as resistividades elétricas do solo na região são

bastante variáveis, sugerindo a incidência de corrosão acentuadas nos locais de mais baixaresistividade, além de macro-pilhas de corrosão importantes, devido à existência de medidas muito



baixas (menores que 10.000 ohm.cm), intercaladas com valores bastante altos (acima de 500.000ohm.cm.).

A instalação de um sistema de proteção catódica eficiente tornou-se, dessa maneira,indispensável para garantir a segurança operacional do gasoduto, como acontece com qualquertubulação de aço enterrada de pequena ou grande extensão, sujeita ou não a correntes de fuga.

TABELA 23.1

Resistividades Elétricas Médias Medidas ao Longo do Traçado do Gasoduto Rio–São Paulo

Trecho medido Resistividade elétrica médiaa 1,5 m de profundidade

Trecho Volta Redonda/São José dos Campos1 122.200 ohm.cmTrecho São José dos Campos/Guararema2 139.100 ohm.cmTrecho Guararema/Suzano3 123.400 ohm.cmTrecho Suzano/Capuava4 125.500 ohm.cm

1 As medidas variaram desde 200 ohm.cm até 800.000 ohm.cm.2 As medidas variaram desde 5.800 ohm.cm até 870.000 ohm.cm.3 As medidas variaram desde 600 ohm.cm até 800.000 ohm.cm.4 As medidas variaram desde 1.600 ohm.cm até 750.000 ohm.cm.

Observação:

Uma análise detalhada dos valores das resistividades elétricas medidas em toda a extensãodo gasoduto mostrou que 38,8% são inferiores a 50.000 ohm.cm; 8,5% estão situados entre 50.000ohm.cm e 100.000 ohm.cm; 13,2% estão entre 100.000 ohm.cm e 200.000 ohm.cm; e os valoresrestantes (39,5%) são todos superiores a 200.000 ohm.cm.

23.3.2 Avaliação das Correntes de Interferência

Para avaliação das correntes de interferência existentes no solo da região, ao longo dotraçado do gasoduto, foram feitos os seguintes testes e medições:– medições das variações dos potenciais entre dois eletrodos de Cu/CuSO4, com o auxílio de um

voltímetro de corrente contínua com resistência interna de 500.000 ohm.cm;– levantamento de todas as vias férreas eletrificadas e ramais não eletrificados que cruzam ou se

aproximam da faixa do gasoduto;– registros dos potenciais dos trilhos das estradas de ferro em relação ao solo, com o auxílio de

voltímetros registradores e meias-células de Cu/CuSO4;– registros dos potenciais tubo/solo dos oleodutos da Petrobras existentes ao longo do traçado do

gasoduto.Os resultados desses testes e medições mostraram que o gasoduto estará influenciado por

correntes de interferência importantes, notadamente no trecho entre Guararema e Capuava, devidoàs estradas de ferro eletrificadas existentes na região. O trecho entre Volta Redonda e São José dosCampos não apresentava problemas de interferência, na época em que foram feitos oslevantamentos de campo.

23.3.3 Verificação das Condições de Operação dos Sistemas de Proteção Catódica dos DutosExistentes

No trecho entre São José dos Campos e Suzano, onde o gasoduto foi construído na mesmafaixa de outras tubulações existentes da Petrobras, foram inspecionados todos os equipamentos e



dispositivos de proteção catódica e de drenagem em operação, incluindo medições e registros dospotenciais tubo/solo em todos os pontos de teste.

Essas inspeções e medições mostraram que os sistemas de proteção catódica e de drenagemdas correntes tubo/trilho estavam operando com eficiência, garantindo proteção integral contra acorrosão de todos os dutos enterrados em operação.

23.3.4 Escolha de Locais para Instalação dos Equipamentos e Dispositivos de ProteçãoCatódica e Drenagem

Retificadores e Leitos de Anodos

Os locais para a instalação dos conjuntos retificador/leito de anodos foram cuidadosamentepesquisados e escolhidos em função dos seguintes fatores importantes:– posicionamento favorável para uma boa distribuição de corrente ao longo da tubulação;– distância mínima de 100 m do início de cada leito de anodos ao gasoduto;– distância mínima de 300 m entre cada leito de anodos e tubulações metálicas enterradas de

terceiros;– distância mínima de 300 m entre cada leito de anodos projetados e outros leitos de anodos já

existentes, destinados à proteção de outros dutos;– faixas com dimensões mínimas de 100 metros de comprimento e cinco metros de largura;– resistividades elétricas medidas de 20 em 20 metros em cada faixa, com estratificação do solo

para obtenção de valores médios, os mais precisos possíveis;– locais, sempre que possivel, com resistividade elétrica média inferior a 12.000 ohm.cm;– locais de fácil acesso e com umidade constante ao longo do ano;– locais de preferência com energia elétrica na tensão máximad e 15 kV, com até 200 m de

distância, para permitir a instalação econômica de retificadores de corrente.

Equipamentos de Drenagem

Os equipamentos de drenagem tubo/trilho das correntes de interferência oriundas dasestradas de ferro eletrificadas, foram previstos para instalação em todos os cruzamentos do gasodutocom linhas férreas eletrificadas que cruzam com a tubulação.

Escolha de Locais para a Instalação de Pontos de Teste

Os pontos de teste, destinados às medições periódicas dos potenciais do gasoduto em relaçãoao solo, tiveram seus locais definidos em função das orientações seguintes:– espaçamento médio aproximado de dois km;– junto a flanges com previsão de isolamento elétrico;– em uma das extremidades dos tubos-camisa previstos e em uma das margens dos rios, lagos e

canais mais importantes ou, ainda, em cada margem desses acidentes geográficos, na hipóteseda largura ser superior a 100 metros;

– nos pontos de cruzamento ou proximidade com tubulações metálicas enterradas de terceiros;– nos locais com possibilidade de saída de correntes de fuga.

23.4 ORIENTAÇÕES ADOTADAS PARA O PROJETO

O sistema de proteção catódica e de drenagem do gasoduto foi projetado de acordo com asNormas e Especificações Técnicas vigentes na Petrobras, mediante as seguintes orientações básicas:– utilização de retificadores de proteção catódica e equipamentos de drenagem com dispositivo de

proteção temporizada, para permitir proteção elétrica e eficiente dos equipamentos;



– utilização de retificadores manuais, não automáticos, no trecho entre Volta Redonda e São Josédos Campos, onde não existem problemas de interferência com estradas de ferro eletrificadas;

– utilização de retificadores automáticos no trecho São José dos Campos e Capuava, onde essesproblemas existem;

– utilização de retificadores padronizados, com capacidade para 50A, ao longo de todo o traçadodo gasoduto, para facilitar os serviços de manutenção;

– utilização de equipamentos de drenagem com dispositivos de proteção temporizada edispositivo de baixo nível de potencial, para permitir proteção catódica eficiente e garantirdrenagens de correntes, mesmo com níveis baixos de tensão entre o tubo e os trilhos da estradade ferro;

– utilização de circuito elétricos bifásicos de corrente alternada, na tensão de 220 V, paraalimentação dos retificadores e equipamentos de drenagem;

– utilização de abrigos especiais, com cobertura, para proteção dos equipamentos contravandalismo;

– utilização de anodos especiais, dimensionados para a vida mínima de 20 anos, fundidos em ligade ferro-silíucio com luvas termo-retráteis de isolamento da ligação anodo/cabo elétrico,instalados com enchimento condutor de coque metalúrgico moído;

– utilização de caixas especiais de liga de alumínio fundido, à prova de tempo, com dispositivointerno de interligação e cerca de proteção, em todos os pontos de teste;

– utilização de juntas de isolamento elétrico nas extremidades da linha e nas derivações para osterminais e refinarias, para impedir as perdas de corrente de proteção catódica para outrasinstalaçções metálicas enterradas, como as tubulações internas e os sistemas de aterramentoelétrico daquelas unidades ligadas ao gasoduto;

– previsão de interligações elétricas entre o novo gasoduto e os dutos existentes, no trecho entreSão José dos Campos e Suzano, para que os sistemas de proteção catódica e de drenagemfuncionem de maneira integrada, como se fossem um sistema único.

23.5 FINALIDADE DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA E DE DRENAGEM

A principal finalidade do sistema de proteção catódica é injetar e distribuir uniformemente,nas tubulações enterradas, uma quantidade de corrente suficiente para que todos os tubos de açoadquiram potenciais tubo/solo os mais estáveis e homogêneos possíveis, da ordem de –1,0V,medidos em relação ao eletrodo de referência de Cu/CuSO4, suficientes para eliminar totalmente osprocessos de corrosão a que estão sujeitas as superfícies externas do gasoduto.

Os equipamentos de drenagem têm a finalidade de devolver para os trilhos eletrificados, demaneira ordenada e eficiente, as correntes provenientes dos sistemas de tração em corrente contínuadas ferrovias, captadas pela tubulação ao longo do seu traçado.

23.6 DESCRIÇÃO DO SISTEMA

Para a proteção do Gasoduto Rio–São Paulo, foram utilizados 14 conjuntos retificador/leitode anodos, cada um com a capacidade nominal para 50A, complementados por dois equipamentosde drenagem de corrente, cada um com capacidade para drenar até 300A, conforme esquema dafigura 23.2.



Figura 23.2 – Distribuição esquemática do sistema de proteção catódica do Gasoduto Rio–São Paulo.

Para permitir medições periódicas dos potenciais tubo/solo, foram instalados 191 pontos deteste ao longo da linha.

Como complementação, foram instaladas quatro juntas de isolamento elétrico, visandoimpedir perdas de corrente para outras instalações metálicas enterradas.

A distribuição dos equipamentos e dispositivos complementares ao longo do gasoduto é aseguinte:• Trecho Volta Redonda/São José dos Campos (REVAP) – oito conjuntos retificador/leitode anodos; 116 pontos de teste; três juntas isolantes.• Trecho São José dos Campos (REVAP)/Guararema – um conjunto retificador/leito deanodos; 24 pontos de teste; 25 interligações elétricas com os oleodutos existentes (claros, cru e óleocombustível).



• Trecho Guararema/Suzano – dois conjuntos retificador/leito de anodos; 22 pontos deteste; 24 interligações elétricas com os oleodutos existentes (óleo combustível e claros).• Trecho Suzano/Capuava – três conjuntos retificador/leito de anodos; 29 pontos de teste;uma junta isolante; dois equipamentos de drenagem.

23.7 CONCLUSÃO

Os procedimentos e orientações adotados para os serviços de levantamentos de campo,elaboração do projeto e montagem do sistema de proteção catódica do gasoduto Rio–São Paulodevem ser total ou parcialmente utilizados na implantação dos sistemas de proteção catódica e dedrenagem de outros gasodutos ou tubulações de aço enterrados.



CAPÍTULO 24Como Especificar Serviços de Proteção Catódica

24.1 INTRODUÇÃO

Para a contratação dos seviços de proteção catódica necessários para determinada estruturametálica, enterrada ou submersa, os requisitos a seguir precisam ser definidos ou especificados.

24.2 INFORMAÇÕES A RESPEITO DA ESTRUTURA A SER PROTEGIDA

As informações que precisam ser fornecidas inicialmente são as seguintes:– tipo de estrutura: tubulação, pier de atracação, tanque de armazenamento, navio, estação de

tratamento, armadura de concreto, plataforma de petróleo, torre de linha de transmissão elétrica,permutador de calor etc.;

– material metálico da estrutura: normalmente aço;– características dimensionais da estrutura: comprimento, diâmetro e outras, conforme o caso;– tipo de revestimento utilizado;– plantas de localização e desenhos gerais de construção da estrutura;– outras informações julgadas importantes.

24.3 ESPECIFICAÇÕES PARA OS LEVANTAMENTOS DE CAMPO

Para os levantamentos dos dados de campo, necessários ao projeto de proteção catódica, osseguintes requisitos precisam ser solicitados:– medições das resistividades elétricas do solo ou da água, em profundidades diferentes, ao longo

da região atravessada pela estrutura;– medições dos potenciais da estrutura em relação ao solo (potenciais estrutura/solo), se a mesma

já estiver construída ou em construção;– testes de correntes e polarização, para a mesma hipótese anterior, quando necessário;– levantamento e análise das condições de operação das fontes de força eletromotriz (estradas de

ferro eletrificadas e sistemas de proteção catódica instalados em outras estruturas) porventuraexistentes nas proximidades;

– levantamento e análise das condições de operação das linhas de transmissão de energia elétricaem alta tensão, para o caso particular de paralelismos ou cruzamentos com tubulaçõesenterradas. Essa informação é importante para o estudo de problemas que envolvem a segurançadas tubulações e dos operadores, conforme mostrado no capítulo 11;

– levantamento completo das fontes de suprimento de energia elétrica para a alimentação deretificadores, para o caso dos sistemas por corrente impressa;

– escolha dos melhores locais para a instalação de camas de anodos galvânicos ou inertes,retificadores, pontos de teste, caixas de ligação, juntas isolantes e dispositivos de proteção;

– outros levantamentos julgados necessários.

24.4 ESPECIFICAÇÕES PARA O PROJETO DE PROTEÇÃO CATÓDICA

O projeto de proteção catódica deverá conter os seguintes elementos:– descrição sucinta e análise dos dados obtidos nos trabalhos de levantamento de campo;– memória de cálculo;– memoral descritivo;– plantas e desenhos detalhados de construção;– lista e especificação completa dos materiais a serem utilizados;– especificações para montagem, testes, operação e manutenção do sistema projetado;– estimativa de custo para a montagem, incluindo materiais e mão-de-obra.



24.5 CONDIÇÕES MÍNIMAS PARA A ACEITAÇÃO DO SISTEMA

Depois de instalado e energizado, o sistema de proteção catódica deverá serconvenientemente testado, para que sua eficiência seja comprovada.

As medições mais importantes a serem realizadas são as que dizem respeito à quantidadetotal de corrente que pode ser efetivamente fornecida pelo sistema, à resistência elétrica obtida paracada leito de anodos instalados e às condições de polarização da estrutura a ser protegida.

O sistema só deverá ser aceito se a estrutura alcançar, em toda a sua extensão, o potencialmínimo de proteção catódica que, para o aço, é de –0,85V, quando o eletrodo de referência utilizadofor de Cu/CuSO4 e de –0,80 V para o caso de se utilizar a semi-célula de Ag/AgCl, ou aindaquando forem verificados, em todos os pontos medidos, acréscimo mínimo de 0,25V, no camponegativo, do potencial natural da instalação, medido antes da energização do sistema de proteçãocatódica.

Quando a esttutura estiver sujeita à influência de correntes de interferência, o sistema deproteção catódica só deverá ser aceito se os registros prolongados (24 horas, no mínmimo) dospotenciais estrutura/eletrólito, nos pontos mais críticos, indicarem a existência, durante todo operíodo de teste, de valores iguais ou mais negativos que os potenciais de proteção.



REPRESENTAÇÕES

Eletrodos de referência permanentes.Equipamentos para monitoração remota de retificadores epontos de teste.

Mantas Termocontráteis para revestimento deuniões soldadas de dutos.Revestimentos especiais para reabilitação dedutos.

Equipamentos para proteção de juntas deisolamento elétrico e drenagem de correnteAC para terra em caso de descargasatmosféricas, surtos e/ ou sobretensões.

Materiais para leitos de anodos em poçosprofundos.

Sondas e instrumentos para monitoração decorrosão interna em dutos e em equipamentosindustriais.

Juntas de isolamento elétrico tipo monobloco.Dispositivos para transições aço-polietileno.



Juntas de isolamento elétrico tipomonobloco.Dispositivos para transições aço-polietileno.

Inspeção de dutos por Pig Instrumentado.

Voltímetro registrador de potencial. (web siteem alemão)



DESDE 1970

IEC - INSTALAÇÕES E ENGENHARIA DE CORROSÃO LTDAAV. PRES. VARGAS, 633 - 20O ANDAR - RIO DE JANEIRO - BRASIL.

CEP: 20071-905 - TEL.: 55-21-2509-9264 - FAX: 55-21-2509-3481E-MAIL: [email protected] WEB SITE: www.iecengenharia.com.brO MAIOR CURRÍCULO DO BRASIL EM CORROSÃO E PROTEÇÃO CATÓDICA

CLIENTE:

OBRA:

DOCUMENTO: CURRÍCULO No: IEC S/No.

TÍTULO: CURRÍCULO SIMPLIFICADO DA IEC

CONTRATANTE:

REFERÊNCIA:

CONTROLE DE REVISÕES

REV. DESCRIÇÃO

0

A

B

C

D

E

EMISSÃO ORIGINAL

INCLUSÃO DE INFORMAÇÕES ADICIONAIS

INCLUSÃO DE INFORMAÇÕES ADICIONAIS

ATUALIZAÇÃO DA RELAÇÃO DE OBRAS EXECUTADAS

ATUALIZAÇÃO GERAL

ATUALIZAÇÃO DA RELAÇÃO DE OBRAS EXECUTADAS EREPRESENTAÇÕES

REV. E REV. A REV. B REV. C REV. D

DATA 09.09.04 04.01.98 03.12.98 03.12.01 04.02.02

EXECUÇÃO C. GOMES L.P. GOMES L.P. GOMES L.P.GOMES E.BARRETO

VERIFICAÇÃO A. CAETANO A. CAETANO A. CAETANO E.BARRETO L.P.GOMES

APROVAÇÃO E. BARRETO E. BARRETO E. BARRETO M. BARRETO M. BARRETO



INFORMAÇÕES CADASTRAIS

NOME: IEC-INSTALAÇÕES E ENGENHARIA DE CORROSÃO LTDA

ENDEREÇO: AV. Presidente Vargas, 633 / 20º Andar / Sls. 2003, 2011, 2012,2013 a 2019 – CentroCEP.: 20071-905 - Rio de Janeiro – RJ

TELEFONE: (0XX)-21-2509-9264

FAX: (0XX)-21-2509-3481; (0XX)-21-3852-4851

E-MAIL / SITE [email protected] www.iecengenharia.com.br

CGC.: 34.073.353/0001-33

INSC.ESTADUAL: 81.224.641

CADASTRO PETROBRAS: Cadastro No. 0311-98 SEJUR

DATA DE FUNDAÇÃO: Junho/70

ISO 9001:2000 Certificação programada para novembro de 2003.

CERTIFICADO ONIP: Certificado No. 1312-01 – Fornecedor Qualificado da Indústria doPetróleo.



RELAÇÃO DE SERVIÇOS

• SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA− Levantamentos de campo, projetos, fornecimento de equipamentos e materiais, montagens,

pré-operação, operação, inspeção e manutenção de sistemas de proteção catódica.

• INSPEÇÃO DO REVESTIMENTO EXTERNO DE TUBULAÇÕES ENTERRADASPELOS MÉTODOS DE PEARSON, PCM, PASSO A PASSO E DCVG.

• ESTUDOS DE CORROSÃO E INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS / TANQUES /TUBULAÇÕES− Instalações industriais aéreas, enterradas e submersas em Plantas Industriais, Plantas

Petroquímicas , Terminais de Petróleo e Bases de Distribuição de Petróleo e Derivados

• ESTUDOS DE INTERFERÊNCIA COM LINHAS DE ALTA TENSÃO− Análise de problemas de interferência eletromagnética nos cruzamentos e paralelismos de

tubulações com linhas de transmissão elétrica em alta tensão.

• TREINAMENTO TÉCNICO/CURSOS ESPECIALIZADOS− Corrosão, proteção catódica, pintura industrial, inspeção de equipamentos, inibidores de

corrosão, monitoração de corrosão, revestimentos de tubulações, dimensionamento/inspeçãode tanques de armazenamento e outros.

• REPRESENTAÇÕES

Ø BORIN MANUFACTURING LLC (EUA)• Eletrodos de Referência para uso em sistemas de proteção catódica.• Monitoração remota de equipamentos de proteção catódica.

Ø CANUSA (Canadá)• Mantas Termocontráteis para revestimento externo de uniões soldadas de dutos de aço.• Revestimentos para reabilitação de dutos no campo.

Ø DAIRYLAND (USA)• Equipamentos para proteção de juntas de isolamento elétrico e drenagem de corrente

AC para terra em caso de descargas atmosféricas, surtos e/ ou sobretensões.

Ø H. ROSEN (Alemanha)• Inspeção de dutos com PIG instrumentado de alta resolução.

Ø LORESCO (EUA)• Coque e Leitos de Anodos em Poços Profundos.

Ø METAL SAMPLES CORROSION MONITORING SYSTEMS (EUA)• Equipamentos e dispositivos para monitoração de corrosão interna em tubulações e

equipamentos industriais.



Ø PROCHIND/NUOVA GIUNGAS (Itália)• Juntas de Isolamento Elétrico tipo Monobloco.• Transições Aço/Polietileno.

Ø WEILEKES (Alemanha)• Voltímetro Registrador de Potencial.

Ø PERMA (Alemanha)• Lubrificadores Automáticos Perma.

RELAÇÃO DOS PRINCIPAIS CLIENTES

1. PETRÓLEO, GÁS E DERIVADOS :

∗ PETROBRÁS ∗ AGIPLIQUIGÁS∗ PETROBRÁS DISTRIBUIDORA ∗ NORTE GÁS BUTANO∗ SHELL ∗ SUPERGASBRÁS∗ ESSO ∗ ULTRAGÁS∗ IPIRANGA ∗ MINASGÁS∗ TEXACO ∗ COPAGAZ∗ REFINARIA DE MANGUINHOS ∗ MOBIL OIL∗ ANCAP (Uruguai) ∗ REFINARIA IPIRANGA∗ ASTER PETRÓLEO ∗ ALE COMBUSTÍVEIS∗ KOCH PETRÓLEO DO BRASIL LTDA ∗ TRANSPETRO∗ TSB (Uruguaiana-Porto Alegre) ∗ TBG (Brasil-Bolívia)

∗ ASTER PETROLEO

2. DISTRIBUIÇÃO DE GÁS :

∗ COMGÁS (São Paulo) ∗ GASMIG (Minas Gerais)∗ CEG (Rio de Janeiro) ∗ SULGÁS (Rio Grande do Sul)∗ BAHIAGÁS (Bahia) ∗ COMPAGÁS (Paraná)∗ CEGÁS (Ceará) ∗ GASBRASILIANO (São Paulo)∗ SCGÁS (Santa Catarina) ∗ GASMAT (Mato Grosso)∗ MSGÁS (Mato Grosso do Sul) ∗ GASNATURAL (São Paulo)∗ COPERGÁS (Pernambuco)

3. SANEAMENTO (ÁGUA E ESGOTO) :

∗ SABESP (São Paulo) ∗ SANEAGO (Goiás)∗ CEDAE (Rio de Janeiro) ∗ SANEPAR (Paraná)∗ COMPERSA (Pernambuco) ∗ COPASA (Minas Gerais)∗ CAGECE (Ceará) ∗ COGERH (Ceará)∗ EMBASA (Bahia) ∗ CAGEPA (Paraíba)∗ SANASA (Campinas) ∗ DESO (Sergipe)∗ CASAL (Alagoas) ∗ CAESA (Amapá)



∗ CESAN (Espírito Santo) ∗ COSAMPA (Pará)∗ CORSAN (Rio Grande do Sul) ∗ DMAE (Rio Grande do Sul)∗ CAEMA (Maranhão) ∗ CASAN (Santa Catarina)∗ CAESB (Brasília)

4. PETROQUÍMICA :

∗ COPESUL ∗ DOW QUÍMICA∗ COPENE ∗ ULTRAFÉRTIL∗ PETROQUÍMICA UNIÃO ∗ BAYER∗ PETROFLEX ∗ PPH∗ SALGEMA ∗ RHODIA∗ ACRINOR ∗ UNION CARBIDE∗ CETREL ∗ MONSANTO∗ CHEVRON ∗ CETREL∗ POLIBRASIL ∗ NITRIFLEX∗ WHITE MARTINS * INNOVA∗ TRIKEM * BRAGUSSA∗ OPP-PETROQUÍMICA S.A. * SOLVAY

5. MINERAÇÃO:

∗ CIA VALE DO RIO DOCE ∗ SAMARCO∗ FOSFÉRTIL ∗ PARÁ PIGMENTOS∗ MBR∗ ALCOA / ALUMAR

∗ IMERYS-RIO CAPIM CAULIM∗ MINERAÇÃO VERACRUZ

6. ENERGIA ELÉTRICA, TERMOELÉTRICA E ENERGIA NUCLEAR:

∗ FURNAS CENTRAIS ELÉTRICAS ∗ ELETRONUCLEAR USINASANGRA I E II

∗ CHESF ∗ ELETRONORTE∗ ELETROSUL ∗ UTE-TERMOBAHIA∗ UTE-TERMOCEARÁ ∗ UTE-ELETROBOLT (Rio)∗ UTE-URUGUAIANA ∗ UTE-CUIABÁ∗ UTE-NORTE FLUMINENSE ∗ UTE-MACAÉ-MERCHANT (Rio)∗ UTE-CANOAS (RS)∗ UTE-TERMOPERNAMBUCO∗ UTE-SANTA CRUZ∗ UTE-ARAUCÁRIA

7. INDÚSTRIAS :

∗ COSIPA ∗ CST∗ ALCOA / ALUMAR ∗ GOODYEAR∗ CATERPILLAR ∗ VIDROS GUARDIAN∗ GENERAL MOTORS ∗ CONFAB TUBOS∗ ARACRUZ CELULOSE ∗ BAHIA SUL CELULOSE S.A.



∗ CARAÍBA METAIS ∗ CELPAV∗ CIA. SUZANO DE PAPEL E CELULOSE ∗ CSN-CIA SIDERÚRGICA NAC.∗ JARCEL CELULOSE S/A ∗ SIEMENS∗ PORTOBELLO ∗ RENAULT DO BRASIL∗ MERCEDES BENZ ∗ FIAT

8. CONSTRUÇÃO E MONTAGEM :

∗ TECHINT ∗ CEMSA∗ CONDUTO ∗ SAENCO∗ NORBERTO ODEBRECHT ∗ ETESCO∗ TENENGE ∗ EMSA∗ ENGEFORM ∗ PASSARELLI∗ GEVA ∗ RGM∗ CEMSA ∗ MENDES JÚNIOR∗ GDK ∗ SETAL∗ FENCI ∗ MACAÚBA∗ CARIOCA – CHRISTIANNI NIELSEN ∗ H. GUEDES∗ CONPROPET ( BOLÍVIA) ∗ OAS∗ BECHTEL / USA ∗ BUENO CONTRUÇÃO CIVIL∗ QUEIROZ GALVÃO ∗ CONDUTO ECUADOR∗ AZEVEDO & TRAVASSOS

PRINCIPAIS SERVIÇOS REALIZADOS

• Levantamento de campo, projeto, instalações, montagem e ajustes do sistema de proteçãocatódica do Gasoduto Rio-Sao Paulo, Oleoduto REVAP-Utinga, Ramais Barra Mansa e RamalJoseph Flag, da Petrobrás, contendo mais de 480 km de dutos e 20 conjuntos retificadores/leitosde anodos (1989).

• Execução de projeto, construção, montagem e pré-operação dos sistemas de proteção catódicados campos de Carmópolis e Siririzinho, da Petrobrás, no estado de Sergipe, contendo 24retificadores e 1580 anodos (ver atestado em anexo).

• Levantamento de campo, projeto, fornecimento de materiais, montagem e pré-operação domineroduto Mucuripi- Rio Capim da Pará Pigmentos no estado do Pará, com extensão de180 km (1996).

• Inspeção de revestimento pelo método de Pearson no GASBEL e no GASDUC da Petrobrástotalizando mais de 50 km inspecionados (1996).

• Implantação completa, incluindo projeto, do sistema de proteção catódica da Adutora de Pedrado Cavalo, com cerca de 80 km de extensão e 2000mm de diâmetro médio, como sub-empreiteiros da Construtora Norberto Odebrecht, tendo como cliente final a EMBASA (1989).

• Inspeção de revestimento pelo método de Pearson para recuperação em mais de 90 Km de dutosantigos em operação pertencentes à PETROBRAS E&P-BA (2001).



• Implantação completa do sistema de proteção catódica do Poliduto e Gasoduto Urucu-Coari(14” e 18” x 280km), para o Consórcio Techint-Conduto, tendo como cliente final aPETROBRAS, incluindo inspeção do revestimento pelo Método de Pearson nos dois dutosseparadamente.

• Implantação completa do sistema de proteção catódica do Gasoduto Guamaré-Pecém (GASFOR- 12 e 10” x 380km), para a Mendes Júnior, tendo como cliente final a PETROBRAS, incluindoinspeção do revestimento pelo Método de Pearson (1999).

• Implantação completa do sistema de proteção catódica das novas unidades (ampliação) daCOPESUL, da planta industrial da COPENE e instalações da PETROQUÍMICA UNIÃO.

• Implantação completa do sistema de proteção catódica do Gasoduto Bolívia-Brasil (GASBOL),lado boliviano (32” x 580km), em parceria com a Conpropet, tendo como cliente final aPETROBRAS (1999).

• Implantação completa do sistema de proteção catódica do Gasoduto Bolívia-Brasil (GASBOL),trechos 5,6 e 7, lado brasileiro (32” x 750km), para a TECHINT, tendo como cliente final aPETROBRAS (1999).

• Implantação completa do sistema de proteção catódica do Gasoduto Bolívia-Brasil (GASBOL),trechos 10 e 11 (chegada e saída da REPAR), lado brasileiro (20” e 24: x 484km), para oCONSÓRCIO ICA-CPC-ETESCO, tendo como cliente final a PETROBRAS (2000).

• Serviços diversos de inspeção de corrosão, proteção catódica e manutenção em Bases deDistribuição da Petrobrás Distribuidora, Esso, Shell, Texado, Atlantic, Petrobrás, Norte GásButano, Supergasbras, Agipliquigás, Minasgas e Ultragás.

• Serviços de inspeção periódica, manutenção e operação dos gasodutos urbanos da CEG-COMPANHIA DE GAS DO RIO DE JANEIRO (2001).

• Serviços de inspeção, manutenção e operação dos oleodutos do DTSE da Petrobrás.

• Implantação dos sistemas de proteção catódica para as plantas industriais da Copene, Copesul,Petroquimica União, Dow Quimica, Monsanto Brasil, Monsanto Argentina, Acrinor, PPH,Polibrasil, Petroflex, Alcoa, Caterpillar, Bayer, Union Carbide, Chevron, Politeno, WhiteMartins, Vidros Guardian, Innova, Goodyear e outras.

• Implantação dos sistemas de proteção catódica das seguintes Usinas Termoelétricas (UTEs) agás:Ø UTE Cuiabá (ENRON);Ø UTE Uruguaiana;Ø UTE Macaé Merchant (Macaé-RJ).Ø UTE Eletrobolt (RJ);Ø UTE Riogen (RJ)Ø UTE Norte Fluminense (Proteção Catódica e Serviços de aterramento elétrico);Ø UTE Termobahia;Ø UTE Termoceará (Proteção Catódica e Aterramento Elétrico).Ø UTE Canoas (RS).Ø UTE Termopernambuco.Ø UTE Santa Cruz.



• Implantação completa dos Sistemas de Proteção Catódica das Usinas Nucleares Angra I e AngraII.

• Implantação completa do sistema de proteção catódica para o Campo de San Alberto, naBolívia.

• Implantação completa do sistema de proteção catódica do Oleoduto Leste Poço Xavier – ETB –PETROBRÁS (2001).

• Projeto do sistema de proteção catódica das fundações das torres das Linhas de TransmissãoElétrica em Alta Tensão Foz do Iguaçu-Ivaiporã I e II e Foz do Iguaçu-Ibiúna I, II, III e IV(FURNAS) (2001).

• Implantação completa dos sistemas de proteção catódica das redes urbanas de distribuição degás natural da Grande Curitiba, da COMPAGÁS - Companhia Paranaense de Gás (1997 à2002).

• Implantação completa dos sistemas de proteção catódica das redes de distribuição de gás naturalem Canoas e adjacências, da SULGAS - Companhia de Gás do Rio Grande do Sul (1998 a2002).

• Implantação completa do sistema de proteção catódica para os novos dutos da COPENE e daDOW QUÍMICA em Camaçari-Ba (2001/2002).

• Implantação completa dos sistemas de proteção catódica das redes de distribuição de gás deJaguariúna e Rio Claro, da COMGAS (2001/2002).

• Implantação completa do sistema de proteção catódica do Mineroduto da Imerys Rio CapimCaulim no Pará, 14" x 161.400m (2001/2002).

• Estudos de Interferência Eletromagnética nas Regiões de Cruzamentos e de Paralelismos comLinhas de Transmissão Elétrica em Alta Tensão para os seguintes Dutos Enterrados (1999 a2002):

Ø Gasodutos Itupeva, Indaiatuba, Sta. Bárbara e Nova Odessa da COMGAS – Companhiade Gás de São Paulo.

Ø Mineroduto Rio Capim Caulim (PARA PIGMENTOS)Ø Gasoduto Bolivia-Mato Grosso – GASMAT (ENRON)Ø Gasoduto Bolivia-Brasil – Trechos 9,10e 11 (PETROBRAS – GASBOL).Ø Gasoduto Itu-Salto (GAS NATURAL – São Paulo).Ø Gasodutos Japeri-Campo Grande, Adrianópolis-Nova Iguaçu, Itaborai, Ramal Cintra e

Ramal CBA (CEG - Companhia de Gás do Rio de Janeiro).

• Serviços de limpeza e inspeção interna de gasoduto, utilizando PIG´s de limpeza, instrumentadoe de corrosão, no Gasoduto Japeri-Santa Cruz, da CEG (1999).

• Inspeção do sistema de proteção catódica da faixa de dutos do terminal de São Caetano do Sul,da Petrobras (2002).

• Serviços de manutenção preventiva e corretiva do sistema de proteção catódica das adutoras ereservatórios metálicos da empresa SEMASA, SP (2002).



• Inspeção do sistema de proteção catódica da faixa de dutos do RE-4, NAFTADUTO e OSVAT,da Transpetro (2002).

• Inspeção e manutenção do sistema de proteção catódica do TESPA, da Petrobras (2002).

• Serviços de levantamento de campo, elaboração de projeto e procedimento de pré-operação dosistema de proteção catódica da TERMOPE (2002).

• Inspeção do sistema de proteção catódica do duto de GLP que interliga a Refinaria de Capuava(RECAP) às Cias. Engarrafadoras (2002).

• Instalação de sessenta e seis (66) leitos para proteção catódica dos gasodutos da CompanhiaDistribuidora de Gás do Rio de Janeiro - CEG (2002).

• Projeto, fornecimento, instalação e pré-operação de sistema de proteção catódica do OleodutoPE-03, de Petrobras (2002).

• Projeto, fornecimento e instalação do sistema de proteção catódica para os condensadores MAG10/20/30 - BC 001 e tubulações metálicas do PAB, na unidade II, da Usina Angar II da CNAAA(2002).

• Projeto, fornecimento e instalação de sistema de proteção catódica para o Complexo GásQuímico da Rio Polímeros S.A.(2002).

• Projeto do sistema de proteção catódica por corrente impressa para a rede de hidrantes QAV-1,do Aeroporto de Porto Velho - RAPVH (2002).

• Serviços de fornecimento e instalação de sistema de proteção catódica para a UTE-Pernambuco(2002).

• Projeto de sistema de proteção catódica da UP-1 (COPENE), incluindo a execução de desenhosem AUTOCAD visando a redistribuição do sistema já existente (2002).

• Serviços de inspeção de sistema de proteçã catódica do Pier de Carvão (CVRD), no Terminal dePraia Mole, com inspeçã e testes nos retificadores, anodos, cabos, emissão de laudo técnico eelaboração de especificação técnica para monitoração de retificadores (2002).

• Serviços de levantamento de campo, elaboração de projeto, fornecimento de materiais,instalação e testes finais do sistema de proteção catódica de tubulações enterradas (2002).

• Serviços de levantamento, elaboração de projeto, fornecimento de materiais, supervisão e testesde pré-operação de sistema de proteção catódica da Adutora do Rio São Bento, emSiderópolis/Nova Veneza, SC (2002).

• Serviços de localização, inspeção, sinalização, determinação da profundidade, coleta de dados eestado do revestimento externo, utilizando a técnica PCM (Pipeline Current Mapper) dosterminais terrestres e oleodutos do Sul, nos municípios de São Francisco do Sul e Biguaçu, daPetrobras (2002/2003).

• Projeto, fornecimento, instalação, operação e emissão de relatório final para o sistema deproteção catódica do gasoduto de 6 pol. da Base de Fortaleza, da NGB (2003).



• Serviços de inspeção dos dutos de interligação da Refinaria de Capuava (RECAP) com as suascompanhias distribuidoras (2003).

• Manutenção e acompanhamento operacional dos equipamentos de proteção catódica daTranspetro de São Caetano do Sul (2003).

• Inspeção de potenciais ON/OFF pelo método passo-a-passo e verificação das condições derevestimento do Mineroduto Germano-Ponta do Ubu utilizando a técnica PCM (PipelineCurrent Mapper), 400 Km (20" e 18"), pertencente à SAMARCO (2003).

• Fornecimento e instalação de sistema de proteção catódica para a Usina de Ciclo Combinado daUsina Termoelétrica do Norte Fluminense (2003).

• Projeto, fornecimento, instalação, pré-operação, estudos sobre interferência de linhas de altatensão e inspeção do revestimento pelo Método de Pearson, para a adutora Guandú-REDUC(2003/2004 -em andamento).

• Projeto do sistema de proteção catódica dos dutos do OP-RFQ, da área do ativo de produção deMossoró, para a UM-RNCE (2003).

• Projeto, instalação e testes de sistema de proteção catódica interno e externo para a rede de águado mar da casa de força, pertencente à CST (2003/2004).

• Serviços de levantamento de campo e projeto de sistema de proteção catódica externa para seis(06) tanques de armazenamento e recuperação de todo o sistema de proteção catódica dos dutosna Base de Operações Geólogo Pedro Moura (BOGPM), em Urucu, da PETROBRAS eTRANSPETRO (2003/2004) (em andamento).

• Projeto, fornecimento de materiais, supervisão e montagem no Revamp dos Píeres Secundário ePrincipal da Ilha D'água para PETROBRAS (2004 – em andamento).

PUBLICAÇÕES TÉCNICAS

LIVRO: Proteção Catódica(1975).

LIVRO: Sistemas de Proteção Catódica (1995).

ARTIGOS TÉCNICOS: Diversos artigos técnicos sobre corrosão e proteçãocatódica de instalações metálicas enterradas ousubmersas.



SISTEMA DA QUALIDADE

ü Implantação de Sistema de Gestão da Qualidade baseado na NBR-ISO 9001:2000, comcertificação prevista para novembro de 2003.

CURRICULUM DOS PRINCIPAIS ENGENHEIROS

• FRANCISCO DE ASSIS ESMERALDO BARRETOEngenheiro Metalúrgico, com curso de refinação de petróleo pela PETROBRAS,chefe do setor de proteção catódica do oleoduto Rio-Belo Horizonte (ORBEL) daPETROBRAS no período de 1968 a 1970, diretor da IEC desde 1970 eresponsável técnico por importantes obras de implantação de sistemas deproteção catódica de oleodutos da PETROBRAS.

• LUIZ PAULO GOMESEngenheiro Industrial, com curso de Engenharia de Equipamentos pelaPETROBRAS, engenheiro de proteção catódica e corrosão doDETRAN/PETROBRAS no período de 1969 a 1971, atual Diretor Técnico daIEC (desde 1972), autor do livro “Sistemas de Proteção Catódica”, responsáveltécnico por diversas obras importantes de proteção catódica de oleodutos,gasodutos, polidutos, minerodutos, adutoras, parques de tanques e plantasindustriais. Autor dos seguintes trabalhos em congressos :- “Proteção Catódica de Tubulações e Tanques de Armazenamento em Plantas

Industriais” no 2o Seminário de Manutenção do Rio de Janeiro daABRAMAN (maio de 1993).

- “A Importância dos Sistemas de Proteção Catódica para a Segurança deOperacional dos Gasodutos e Redes de Distribuição de Gás” no 3o SeminárioInternacional sobre Gás Natural do IBP (dezembro de 1991).

- “ Sistemas de Proteção Catódica para proteção contra a Corrosão de tanquesde armazenamento em portos de Serviço” no 1o Encontro Técnico deSegurança em Postos de Serviço (julho de 1992) .

• MAURO CHAVES BARRETOEngenheiro Civil, com curso em corrosão, proteção catódica e monitoração decorrosão interna de equipamentos industriais, Diretor Técnico da IEC desde1989. Representante da IEC junto a NACE/USA, com participação nosCongressos Internacionais de Corrosão daquela Associação nos últimos 5 anos.Autor dos seguintes trabalhos técnicos :- “Corrosão e Proteção de Tubulações de Ferro Fundido” no II NACE Latin

America Region Corrosion Congress (setembro de 1996).- “ Levantamento de Potenciais Tubo-solo de Polarização Passo a Passo,

Utilizando Interruptores de Corrente Sincronizados por Satélite” no 18o

Congresso Brasileiro de Corrosão (ABRACO - novembro de 1996).- “Resultados práticos na Utilização de Anodos Sucata em Sistemas de

proteção Catódica” no 17o Congresso Brasileiro de Corrosão (ABRACO –outubro de 1994).



- “Utilização de Anodos Debaixo do Tanque para Proteção Catódica da ParteExterna do Fundo”. 3o Seminário de Proteção Catódica e Controle deInterferência” (ABRACO - Agosto de 1992).

§ EDUARDO CHAVES BARRETOEngenheiro Eletricista, com curso em corrosão, proteção catódica, proteçãocatódica de navios, Diretor Técnico da IEC desde 1990, responsável técnico ecoordenador geral de obras de montagem de sistemas de proteção catódica,inspeção de revestimento de dutos pelo Método de Pearson e PCM, inspeção emanutenção de sistemas de proteção catódica. Inspeção de sistemas pelo métodopasso-a-passo ON/OFF. Representante da IEC junto a NACE/USA, comparticipação nos Congressos Internacionais de Corrosão daquela Associação nosúltimos 5 anos.

§ ANTÔNIO CARLOS PIRES CAETANOEngenheiro Eletrônico, especializado em projetos e fabricação de equipamentoselétricos, incluindo retificadores de proteção catódica e equipamentos dedrenagem de correntes elétrica tubo/trilho, com curso em corrosão e proteçãocatódica, com experiência em AutoCad, coordenador de projetos da IEC desde1980. Pós-graduação em sistema de qualidade e produtividade com participaçãodireta na implantação da ISO 9001 na IEC.

§ LAERCE DE PAULA NUNESEngenheiro Metalurgista pela UFF, com curso de Engenharia de Equipamentospela PETROBRAS, onde trabalhou durante 25 anos. Autor dos livros PINTURAINDUSTRIAL e PROTEÇÃO CATÓDICA.

§ FERNANDO B. MANIEREngenheiro Químico pela UFRJ, com especialização em Geoquímica pela UFF eem Corrosão pelo COPPE-UF. Possui doutorado e vasta experiência comoprofessor de Química em Universidades do Rio de Janeiro. Participação emtrabalhos de pesquisa sobre corrosão e inibidores de corrosão, eletroquímica(revestimentos metálicos) e contaminações ambientais. Engenheiro Químico peloINT (1966 a 69), pesquisador do IME (1971 a 73), pesquisador do CEMPS daPETROBRAS (1974 a 95)

LISTA DE EQUIPAMENTOS

• 7 chaves interruptoras sincronizadas por satélite CORI-GPS, da COREXCO.• 7 chaves interruptoras sincronizadas por satélite CATH TEC.• 8 registradores eletrônicos CORD-X, da COREXCO.• 10 registradores eletrônicos WEILEKES com capacidades 128K e 512K de memória.• 2 registradores para coleta de dados em levantamentos passo a passo CDL-200 e para medições

de potenciais ON/OFF da COREXCO.• 1 registrador para coleta de dados em levantamentos passo a passo MILENIUM e para

medições de potenciais ON/OFF e execução de DCVG da CATH TEC.• 3 detetores de falhas em tubulações pelo método de Pearson modelo PD da Thinker & Rasor.• 2 PCM's (Pipeline Current Mapper) para verificação de revestimento localização de dutos por

atenuação de corrente da Radiodetection.• 8 chaves interruptoras sincronizadas por quartzo 825 da Nilsson.



• 5 medidores de resistividade elétrica do solo modelo 400 da Nilsson.• 1 medidor de resistividade elétrica do solo modelo Geohm 2 da Gossen.• 6 medidores de resistividade elétrica do solo, digitais modelo Geohm C da Gossen.• 19 multímetros marca FLUKE, diversos modelos.• Localizador GPS Garmin Modelo E-TREX.• 23 computadores PC compatíveis ligados em rede.• 3 Laptops para usos diversos.

LIVRO IEC Corrosão em Instalações Metálicas Enterradas ou Submersas

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