UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES

PÓS-GRADUAÇÃO “LATO SENSU”

AVM FACULDADE INTEGRADA

O FOCO NA CORROSÃO

Por: Simone Cezar de Amorim

Orientador

Prof. Nelsom Magalhães

Rio de Janeiro

2012

2

UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES

PÓS-GRADUAÇÃO “LATO SENSU”

AVM FACULDADE INTEGRADA

O FOCO NA CORROSÃO

Apresentação de monografia à AVM Faculdade

Integrada como requisito parcial para obtenção do

grau de especialista em Engenharia da Produção

Por: Simone Cezar de Amorim

3

AGRADECIMENTOS

A todos os amigos que me apoiaram e

souberam entender minha ausência

circunstancial, aos companheiros de

curso que fizeram parte deste capítulo

da minha vida, e aos colegas de

trabalho que contribuíram para mais

esta jornada.

4

DEDICATÓRIA

Aos meus familiares, em especial à minha

mãe que me ensinou que devemos

sempre que possível buscar novos

horizontes.

5

RESUMO

Este trabalho monográfico aborda um problema que afeta as mais

diversas atividades, a corrosão.

Estudos científicos explicam que a corrosão é uma forma de

degradação dos materiais metálicos conforme o meio a que são expostos

trazendo dentre outros problemas, a preocupação com relação à confiabilidade

operacional.

Desta forma este trabalho trata o processo da corrosão eletroquímica

com o objetivo de desmistificar esse processo no que para discorrer sobre esse

fenômeno foram explicados, em capítulos, os mecanismos deste processo,

apresentado situações em que ocorrem e métodos de combate, utilizando-se

de figuras e tabelas para uma melhor compreensão.

6

METODOLOGIA

O trabalho teve como metodologia a pesquisa bibliográfica, utilizando-

se como principais meios de referências livros técnicos e sites específicos no

assunto de corrosão. De forma objetiva, essa dissertação abordou em capítulos

o processo de corrosão eletroquímica obtendo-se conhecimentos básicos de

cunho acadêmico.

7

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO 8

CAPÍTULO I - O Fenômeno 10

CAPÍTULO II - Ocorrências 21

CAPÍTULO III - Métodos de Combate à Corrosão 25

CONCLUSÃO 36

GLOSSÁRIO 37

BIBLIOGRAFIA

38

WEBGRAFIA 38

ÍNDICE DE FIGURAS 39

ÍNDICE DE TABELAS 41

ÍNDICE 42

8

INTRODUÇÃO

De uma forma geral a corrosão é um fenômeno resultante da atuação

do meio sobre um determinado material, causando sua deterioração. Embora

a corrosão possa ocorrer em diversos materiais, é nos metais que tem se

tornado mais preocupante.

Segundo Gentil (1996) sendo a corrosão, em geral, um processo

espontâneo, está constantemente transformando os materiais metálicos de

modo que a durabilidade e desempenho dos mesmos deixam de satisfazer os

fins a que se destinam.

São frequentes os problemas de corrosão e ocorrem nas mais diversas

atividades, como nas indústrias químicas, petroquímicas, naval, de construção

civil, automobilística, nos meios de transportes e nos meios de comunicação,

inclusive na odontologia, na medicina, em esculturas e monumentos.

Os materiais metálicos se distinguem dos demais por apresentarem um

conjunto de propriedades que são mais adequadas à maioria das aplicações

nos diversos setores de atividade.

Os prejuízos causados são inúmeros, como quebra e paralização de

equipamentos, substituições prematuras de máquinas e componentes,

superdimensionamento de instalações com óbvias implicações no custo, perda

de produção, perdas na eficiência dos processos, sem falar nos danos ao meio

ambiente e responsabilidades perante organismos de controle ambiental.

Pesquisas estimam que a corrosão provoque perdas da ordem de

bilhões de dólares nos países industrializados. Segundo a ABRACO

considerando o PIB Brasileiro da ordem de US$ 500 Bilhões, foi estimado, com

base em estudos, um custo total anual da corrosão de 3% do PIB (cerca de

US$ 15 bilhões), um custo direto anual dos meios de combate à corrosão de

9

1,38% do PIB ou US$ 6,9 bilhões e que se adotando práticas já conhecidas e

adequadas ao controle e combate à corrosão, podem ser economizados

anualmente 1% do PIB ou US$ 5 bilhões.

Diante dos valores acima estimados de custos com corrosão podemos

conferir a consideração que Gentil (1996) faz de que a corrosão tem seu

avanço em paralelo ao crescimento tecnológico, alertando para a importância

da sua prevenção e combate.

Outros alertas também já foram feitos inclusive por Ramanathan que

desde então percebia ser o momento de seriedade e maior interesse nos

diferentes métodos de prevenção e controle, relatando que:

Muitos países ainda favorecem o uso de materiais mais baratos, desconsiderando as perdas devidas à corrosão, ao invés da utilização de medidas de proteção à corrosão. Desta forma, é opinião do autor que a ocasião é apropriada para se olhar a corrosão e os diferentes métodos de prevenção e controle com maior profundidade e seriedade. (RAMANATHAN, 2008, pág.16)

O autor ainda afirma que se forem postos em prática os conhecimentos

sobre corrosão grande parte destas perdas podem ser evitadas.

Desta forma, este trabalho irá abordar o processo da corrosão

eletroquímica, por ser esse o responsável em quase a totalidade das

ocorrências de corrosão, apresentando-se nos capítulos em seguida

informações sobre este fenômeno de modo a desmistificar este processo,

mostrando que através do seu conhecimento é possível com medidas

preventivas ser evitado grandes perdas econômicas decorrentes deste.

10

CAPÍTULO I

O FENÔMENO

A palavra corrosão se define por ato ou efeito de destruição aos

poucos, sendo desta forma aplicada, mais modernamente, para definir a

deterioração dos materiais pela ação do meio. Porém na prática este fenômeno

que deveria ser chamado de “corrosão metálica” quando referente a materiais

metálicos, o que se fala, conforme Nunes (1987) é simplesmente “corrosão”.

Poucos metais são encontrados em seu estado puro: ouro, platina,

prata, mercúrio e o cobre. Os demais estão em combinados com elementos

não metálicos como particularmente o oxigênio e o enxofre, que se encontram

no meio.

Desta forma podemos conferir a definição de corrosão por Ramanathan

(2008), como sendo a reação do metal com os elementos do seu meio,

transformando-o a um estado não metálico.

Figura 1 – Ciclo dos metais

Fonte: www.iope.com.br/3i_corrosao.htm, março/2012.

11

Os processos corrosivos podem ser classificados, de uma forma

ampla, de acordo com o tipo de ação do meio sobre o material como:

• Corrosão Eletroquímica

• Corrosão Química (este não será objeto de estudo neste trabalho)

A corrosão eletroquímica é uma deterioração que se dá em presença

de um eletrólito aquoso, encontrando-se também muito na literatura desta

forma o termo corrosão aquosa e corrosão úmida.

Ramanathan (2008) explica que corrosão úmida é caracterizada pela

presença de uma película invisível de eletrólito sobre a superfície metálica, e a

corrosão aquosa ocorre quando a superfície metálica contém um depósito

visível de água.

1.1 - Mecanismos Eletroquímicos

No processo corrosivo a corrosão eletroquímica se forma mais

frequentemente na natureza, realizando-se na presença de água em estado

líquido e por causa da formação de pilhas de corrosão e em temperatura

abaixo do ponto de orvalho.

1.1.1 - Potenciais eletroquímicos

Gentil (1996) explica que quando se mergulha um metal (sob qualquer

forma) em soluções eletrolíticas uma diferença de potencial é estabelecida

entre as duas fases (a sólida e a líquida) que por serem de natureza elétrica e

natureza química, simultaneamente, chama-se de diferença de potencial

eletroquímico.

Esta diferença de potencial entre a solução e o metal aparece na

superfície metálica.

12

O potencial de eletrodo dá a medida da facilidade com que os átomos

do eletrodo metálico perdem elétrons ou da facilidade com que os íons

recebem elétrons.

A tendência é que este sistema formado pelo metal e solução se torne

equilibrado sendo representado por:

Mn+

(solução) + n e (metal) M

Segundo Nunes (2007), no momento em que a energia livre de

passagens de íons para a solução se anula, obtêm-se o potencial eletroquímico

de equilíbrio, representado na figura a seguir:

Figura 2 - Estágio de equilíbrio da reação de passagem dos íons para a solução.

Fonte: Nunes, 2007, pág.6.

Nunes (2007) explica que a tendência à passagem de íons para

solução varia conforme o metal. Aqueles com maior propensão à oxidação vão

concentrar elétrons em sua superfície e íons positivos em solução.

Dificilmente se faz uso de materiais em condições padrões, tendo-se os

mais diversos íons nos mais variados meios. Para tal foi criado uma série

configurada por metais e suas ligas, os mais usados na indústria. Isto foi

colocado em tabela, dispondo os materiais em função do seu comportamento

relativo no meio em causa. Será demonstrada abaixo uma série padrão:

13

Tabela 1 – Série Galvânica para Água do Mar.

Fonte: Telles, 1986, pág. 62.

Nunes (1987) explica que em geral nas séries os potenciais dos

materiais não são incluídos, pois estes variam por diversos fatores, entretanto

pode ser dito que quanto maior a distância entre os materiais analisados, na

série, mais forte será a corrosão do material anódico. O metal que estiver mais

próximo da extremidade anódica sofrerá primeiramente a corrosão em

comparação à outra abaixo na série.

1.1.2 - Pilhas Eletroquímicas Na grande maioria dos casos, a corrosão é fruto de uma reação

eletroquímica que envolve metais e um eletrólito composto de um modo geral

14

por substâncias químicas e água, os quais se combinam formando pilhas

capazes de gerar uma corrente elétrica, chamada de pilhas eletroquímicas.

As funções de todos os componentes de uma pilha eletroquímica serão

descritas a seguir:

Anodo: eletrodo onde ocorre oxidação (corrosão) e onde a corrente

elétrica, na forma de íons metálicos positivos, entra no eletrólito;

Eletrólito: condutor (usualmente um líquido) contendo íons que

transportam a corrente elétrica do anodo para o catodo;

Catodo: eletrodo pelo qual a corrente elétrica sai do eletrólito ou o

eletrodo no qual as cargas negativas (elétrons) provocam reações de redução;

Circuito metálico: ligação metálica entre o anodo e o catodo por onde

escoam os elétrons, no sentido anodo-catodo.

Ainda de acordo com Gentil (1996), se retirarmos um desses

componentes a pilha é eliminada e em consequência a possibilidade do ocorrer

corrosão diminui.

Figura 3 - Pilha eletroquímica.

Fonte: Nunes, 2007, pág.19.

Mas o que pode ser retirado somente é o catodo, a ligação metálica ou

o eletrólito. O anodo, que é a própria estrutura metálica, não tem como ser

retirada, pois este é o objeto de proteção.

15

Nos processos de corrosão destacam-se alguns tipos principais de

pilhas eletroquímicas que serão vistos a seguir:

1.1.2.1 - Pilha de Eletrodos Metálicos Diferentes

Este tipo de pilha ocorre na medida em que dois metais ou mesmo

ligas diferentes ficam em contato e mergulhados num mesmo eletrólito, sendo

chamada de pilha galvânica.

Ramanathan (2008) explica de forma mais detalhada que estes metais

quando imersos em uma solução corrosiva ou condutora existe uma

desigualdade de potencial entre eles. Se estes metais se tocarem ou colocados

em ligação elétrica, esta desigualdade de potencial dá origem a um fluxo de

corrente entre eles. Desta forma o metal menos resistente passa a funcionar

como o anodo, consequentemente aumenta sua corrosão, e o metal mais

resistente torna-se catodo tendo sua corrosão diminuída.

Isto pode ser descrito no esquema abaixo representado por Gentil

(1996) onde, por exemplo, se tem o ferro em contato metálico com cobre e

mergulhados em um eletrólito, o sentido de transferência de elétrons do ferro

para o cobre é indicado.

Figura 4 – Pilha galvânica entre ferro e cobre.

Fonte: Gentil, 1996, pág.29

16

Ainda podem ocorrer alguns casos específicos de Pilhas Galvânicas:

Ø Pilha Ativa-Passiva

Alguns metais e ligas são capazes de formarem em suas superfícies

uma película fina e aderente de óxido ou outro componente que não se

dissolvem. Alguns deles são: Alumínio, chumbo, aço inoxidável, titânio, ferro e

cromo. Com a formação desta película estes metais se tornam passiváveis e

funcionam como áreas catódicas. Mas Gentil (1996) esclarece que, em alguns

casos, esta pode ser destruída ou impedida de formação pelo íon cloreto e com

menos poder o brometo e o iodeto.

Acredita-se que a destruição da película nestes pontos ocorra devido a

falhas que possam existir. Ficando o metal exposto ao meio agressivo se

tornando ativo (anodos), e a sua volta grandes áreas de metal passivado

(catodos), ocorrendo uma diferença de potencial, chamado assim de Pilha

ativa-passiva.

Ø Pilha de Ação Local

De acordo com Nunes (1987) esta ocorre devido às impurezas dos

metias, ou melhor, heterogeneidades diversas na superfície. É a pilha

provavelmente de maior frequência na natureza. Causas determinantes:

- inclusões, segregações, bolhas, trincas;

- materiais de diferentes épocas de fabricação;

- estados diferentes de tensões;

- Polimento diferencial;

- diferença no tamanho e contorno de grão;

- tratamentos térmicos diferentes.

Segundo Gentil (1996) essas heterogeneidades formam micro regiões

anódicas e micro regiões catódicas conforme esquematizado na figura abaixo.

17

Figura 5 – Pilha ação local

Fonte: Ramanathan, 2008, pág. 20

1.1.2.2 - Pilhas de Concentração

Ø Pilha de Concentração iônica diferencial

Segundo Gemelli (2001) esta se forma a partir do contato de material

metálico de mesma natureza em soluções de heterogeneidade iônica e

concentrações diferentes (neste caso o meio é liquido).

Ø Pilha de aeração diferencial

Esta se passa em meio gasoso, onde a pilha é formada de eletrodos

pertencentes a um mesmo material metálico em contato com um mesmo

eletrólito, porém com teores de gases dissolvidos.

Figura 6 – Pilha de aeração diferencial.

Fonte: Ramanathan, 2008 pág.23.

18

1.1.3 – Reações de Oxidação e Redução

No mecanismo eletroquímico acontecem reações químicas que

abrangem deslocamentos de carga ou elétrons através de uma interface ou

eletrólito, este podendo estar solubilizado em água ou fundido.

Gemelli (2001) define corrosão como uma reação de interface

irreversível na qual acontecem reações de oxidação e redução entre o metal e

um agente oxidante.

De acordo com Nunes (1987) as reações de oxidação são chamadas

de reações anódicas, onde elétrons são liberados deslocando-se para outros

pontos do metal, no qual também está ocorrendo uma reação de redução,

chamada de reação catódica. Essas duas reações compõem de forma parcial a

reação de corrosão. Devido à reação anódica o metal se dissolve ocorrendo à

corrosão, e na reação catódica ocorre uma redução de espécies presentes no

meio, sem a participação do metal.

Desta forma podemos destacar quatro elementos que não podem faltar

para que este mecanismo ocorra, explicando-se no funcionamento de uma

pilha de corrosão:

- uma área anódica (área onde se passa a reação anódica);

- uma área catódica (distinta da anódica, onde se passa a reação

catódica);

- uma ligação metálica que une ambas as áreas e por onde fluem os

elétrons resultantes da reação anódica;

- um eletrólito em contato simultâneo com as mesmas áreas por onde

fluem os íons resultantes de ambas as reações.

As reações descritas através de fórmulas ocorrem simultaneamente

devido à passagem de corrente elétrica, através do metal, da região anódica

(onde ocorre a dissolução do metal) para a região catódica (onde ocorre a

redução do oxigênio).

19

1.2 - Meios Corrosivos

De muito que já foi dito que a corrosão acontece da relação do metal

com o seu meio, este é onde se formam os eletrólitos, ou seja, onde se

encontra a solução eletricamente condutora formada por água contendo sais,

ácidos ou bases.

O tempo de avanço de corrosão de um metal depende das situações

do meio no qual esta se processa. O meio pode variar conforme a sua

composição, seu pH, a temperatura, pressão, radiação e velocidade.

Ramanathan (2008) explica que em uma solução aquosa com um

metal imerso, quando ocorre variação na concentração de hidrogênio (pH),

oxigênio dissolvido, ou íons metálicos, entre duas regiões, áreas

predominantemente anódicas e predominantemente catódicas podem se

formar, e com isso acelerar a corrosão das áreas anódicas.

Figura 7 - Ilustração esquemática da influência da variação de concentração de:

(a) íons metálicos (b) pH (c) oxigênio dissolvido (d) íons cloreto em uma solução

sobre a corrosão de um metal imerso.

Fonte: Ramanathan, 2008, pág. 24.

Nunes (2007) descreve de forma bem sucinta os principais meios

corrosivos:

20

Atmosfera: no ar encontramos umidade, sais em suspenção (muito

intenso na orla marítima), gases industriais (especialmente gases de

enxofre) e entre outros poeira. Neste caso a água, constituinte do

eletrólito, em superfície metálica mais densa devido à presença dos

componentes citados. Meio no qual é apresentado o maior índice de

ocorrências de corrosão.

Solos: estes contêm umidade e sais minerais. Alguns apresentando

características ácidas e básicas. Constituindo-se o eletrólito

principalmente da água com sais dissolvidos.

Águas naturais (lago, rios e as do subsolo): Podem conter sais

minerais, às vezes ácidos ou base, resíduos industriais, poluentes

diversos e gases dissolvidos. Basicamente o eletrólito será constituído

de água com sais dissolvidos, podendo ser acelerado pelos outros

constituintes.

Águas do mar: Por conter uma grande quantidade de sais é muito

condutora e muito corrosiva, sendo por excelência um eletrólito. Mas

outros constituintes podem acelerar o processo corrosivo.

21

CAPÍTULO II

OCORRÊNCIAS

A corrosão é permanentemente um desafio ao homem, que desde o

início de sua existência, vem sofrendo com o processo de deterioração de seus

materiais. Como a corrosão não se aplica somente a materiais metálicos, o

homem da caverna já escolhia um tipo de pedra e madeira mais adequada de

forma a resistir ao uso e ao mau tempo.

Conforme a sua evolução, este foi fazendo uso de outros materiais que

fora descobrindo e até mesmo desenvolvendo, chegando ao uso de metais e

percebendo desde o início que este também sofria deterioração.

A necessidade de proteção dos metais contra a corrosão é sabido há

muito tempo pela sociedade humana. Na Índia, no período do IV D.C., segundo

Ramanathan (2008), a Coluna de Ferro de Delhi foi feita em ferro forjado que

resiste até hoje à corrosão atmosférica.

No início do século XIX foi utilizada a técnica de proteção catódica por

Sir Humpfry Davy, citado por Ramanathan (2008), para conter a corrosão no

cobre utilizado, naquela época, como revestimento para proteção dos cascos

dos navios que eram de madeira, em suas longas viagens da Inglaterra para a

Índia.

Mas embora o homem já conhecesse alguns métodos para controlar a

corrosão, somente com a Revolução Industrial e Tecnológica é que foi

percebido de forma mundial um esforço para o controle da corrosão. Diferentes

tipos de anticorrosivos tornaram-se disponíveis.

Segundo Ramanathan (2008), existem países que não dão a devida

importância para os problemas que a corrosão acarreta, desconsiderando e

22

fazendo uso de materiais mais baratos ao contrário do uso de medidas de

proteção à corrosão.

Para tanto, Gentil alerta que:

(...) Todas essas instalações representam investimentos vultosos que exigem durabilidade e resistência à corrosão que justifiquem os valores investidos e evitem acidentes com danos materiais incalculáveis ou danos pessoais irreparáveis. (GENTIL, 1996, pág.1)

A corrosão não deve e nem pode ser vista como um fenômeno

acabado, conforme também é afirmado por Dutra e Nunes:

Não podemos considerar a corrosão como um fato consumado, ou seja, deixá-la aparecer para que possamos tratá-la. Temos hoje conhecimento da maior parte dos fenômenos que a originam e isto faz com que possamos evita-la, ao introduzirmos conceitos, ainda na etapa de elaboração de um dado projeto. (DUTRA e NUNES, 1987, pág. XV),

Ramanathan (2008) também é favorável que se tenha a corrosão como

um problema sério a ser estudado profundamente, observando-se o seu

controle e seus métodos de prevenção, preservando as fontes naturais que não

se renovam.

Uma vez que a corrosão é um processo espontâneo há necessidade

de uma produção a mais de metais para a reposição do que é deteriorado,

visto que estes estão permanentemente sendo consumidos.

É necessário que se busque conhecimentos, tanto teóricos como

práticos, conforme Gentil (1996), para a indicação de materiais que sejam

resistentes a corrosão.

Na busca de conhecimentos dos processos corrosivos devem ser

sempre ponderadas as variáveis dependentes do material químico, do meio

corrosivo e das condições operacionais em conjunto:

23

- material metálico: sua composição química, presença de impurezas,

processo de obtenção, tratamentos térmicos e mecânicos, estado da

superfície, forma, união de materiais como solda, rebites, etc., contato com

outros materiais;

- meio corrosivo: composição química, concentração, impurezas, pH,

temperatura, teor de oxigênio, pressão, sólidos suspensos;

- condições operacionais: solicitações mecânicas, movimento entre

material metálico e meio, condições de imersão no meio (total ou parcial),

meios de proteção contra a corrosão, operação contínua ou intermitente.

Ainda do ponto de vista de Gentil (1996), o controle real do processo

corrosivo tem como pré-requisito a compreensão do mecanismo. Uma vez

identificado um processo corrosivo, este deverá ser analisado para se indicar

com precisão a extensão do ataque, o seu tipo, a morfologia e o levantamento

das suas possíveis causas.

De modo geral, é difícil proteger uma estrutura metálica somente

através da pintura (a ser estudada em outra oportunidade), ou outro tratamento

de superfície, se ela for inadequadamente projetada sob o ponto de vista da

corrosão.

O meio mais eficiente e barato de evitar a corrosão é, na fase inicial, a

elaboração de um projeto adequado inclusive quanto a seleção dos materiais e,

conforme o trabalho em questão, fazer uso de aplicação dos métodos ou

técnicas de proteção catódica, não favorecendo assim o ataque corrosivo.

São descritos a seguir alguns casos de corrosão ocorridos em diversos

locais, para que se tenha uma noção do que em prática acontece.

Lima (1988), citado por Gentil (1996), relata variados casos de corrosão

examinados miudamente em viadutos, pontes e elevados na Cidade do Rio de

Janeiro, entre várias causas, a ocorrência devido a defeitos no projeto

estrutural e falta de manutenção.

24

Outro caso, devido à falha de projeto, registrado na Suíça ano de 1987,

foi a queda da cobertura que sustentava uma piscina térmica, matando 12

pessoas. Fato ocorrido devido à corrosão sobtensão fraturante do aço

inoxidável AISI 304, utilizado na parte estrutural. Neste caso, não se observou

(por desconhecimento talvez) que o aço inoxidável estaria exposto a um agente

corrosivo que para esse metal seria o HCI (ácido clorídrico) formado devido ao

cloro utilizado para tratamento da água da piscina em contato com a umidade

do ar.

Corrosão na Estátua da Liberdade (Nova York) que segundo Baboian

(1986), citado por Gentil (1996), devido à ação da atmosfera marinha sobre o

seu revestimento que era em cobre, este reagiu com as partes estruturais em

aço carbono, formando uma pilha galvânica.

Podemos observar que fatos acima descritos são devidos à falta de

medidas preventivas no projeto e ausência de críticas na produção, por

desconhecimento ou mesmo atenção, e quando não devido à omissão de

cuidados nas programações da produção a nível estrutural, em chapeamentos

e soldagens, principalmente.

25

CAPÍTULO III

MÉTODOS DE COMBATE À CORROSÃO

Para cada grupo de corrosão utiliza-se um determinado método, sendo

que as práticas de proteção anticorrosiva adotadas na fase de projeto são

umas das mais importantes.

Na corrosão eletroquímica o mais indicado é a utilização de medidas

para um projeto adequado e o emprego da proteção catódica pela sua eficácia.

De acordo com Nunes (1987) os métodos de proteção baseiam-se em

evitar ou minimizar a formação das pilhas de corrosão, combatendo-se

eficientemente as formas mais perigosas de corrosão.

Muito pode ser feito para retardar o processo ou para minimizá-lo (nos

casos em que se torna absolutamente inevitável a sua ocorrência), começando

pela escolha de materiais e no aspecto construtivo, pois segundo Ramanathan

(2008), o controle da corrosão começa no estágio do projeto, considerando-se

alguns aspectos:

3.1 - Especificações de Materiais

Os materiais metálicos devem ser escolhidos para uso em um meio

específico, considerando-se além das variáveis do processo corrosivo, deve

ser levado em conta fatores tais como, segundo Gentil (1996):

- Suas propriedades químicas, mecânicas e físicas;

- Facilidade de obtenção, de soldagem e de usinagem;

- Disponibilidade e seu tempo de fornecimento;

- Compatibilidade com equipamentos já existentes;

- Método de fabricação e o seu custo;

- Vida estimada do material ou processo;

26

- Custos dos materiais, de fabricação, de inspeção e de manutenção;

- Retorno do investimento.

Podemos ressaltar que, segundo Nunes (1987), alguns metais se

utilizam adição de outras ligas e de tratamentos térmicos (alívio de tensões)

para obter aumento à corrosão. Mas que a utilização desses materiais nem

sempre é viável sendo geralmente mais barato o uso do aço carbono com

aplicação de outros métodos de proteção corrosiva.

3.2 – Práticas de Projeto

Ao se projetar instalações e até mesmo equipamento é fundamental

que se tenha em mente a necessidade de se prevenir processos de corrosão,

considerando de suma importância à resistência à corrosão. Sendo na fase de

projeto uma das mais importantes formas de controle da corrosão, de acordo

com Nunes (2007), sendo obtido de duas formas:

3.2.1 - Práticas de Projeto a serem Evitadas:

- Evitar que metais dissimilares estejam ligados entre si, quando em

contato com um eletrólito. Quando não for possível se evitar grandes

diferenças de potencial deverá ser especificada a colocação, nos

pontos de conexão, o uso de gaxetas, de niples e arruelas não

metálicas que agirão como isolantes para que se evite o aparecimento

de pilhas galvânicas. Os metais especificados deverão ser de nobrezas

próximas: localização o mais próximo possível na tabela de potenciais.

EVITAR USAR

Figura 8 - Detalhe construtivo de metais dissimilares.

Fonte: Telles, 1986, pág. 75.

27

EVITAR USAR

EVITAR USAR

Figura 9 - Utilização de materiais de potenciais próximos.

Fonte: Gentil, 1996, pág. 224.

- Evitar frestas, que conforme Ramanathan (2008) explica, ainda que

inevitáveis, devem ser preenchidas com compostos aderentes e

duráveis, de preferência flexíveis, de modo a excluírem a umidade,

evitando-se a penetração do meio corrosivo;

EVITAR USAR

Figura 10 - Evitar frestas (Corrosão Galvânica).

Fonte: Gentil, 1996, pág. 224.

- Sempre que possível, deve-se usar juntas soldadas como forma

eficaz em comparação com as rebitadas ou fixadas. Estas soldas

devem ser de penetração total, conforme explica Jambo (2008) e

contínuas;

28

EVITAR USAR

Figura 11 - Detalhes construtivos com soldas.

Fonte: Telles, 1986, pág. 75.

- Evitar cantos vivos, pois são regiões onde às películas protetoras são

mais facilmente danificadas. Esta prática, embora importante, é muito

negligenciada na fase de execução tendo em vista a omissão de

cuidados nas programações da produção a nível estrutural.

EVTAR USAR

Figura 12 - Demonstração de canto vivo x canto arredondado.

Fonte: Gentil, 1996, pág. 224.

3.2.2 - Práticas de Projeto que devem ser Previstas:

- Prever um dimensionamento maior nas espessuras das diferentes

partes dos materiais, segundo Gentil (1996) quando se tiver

previamente conhecimento do tipo (casos em que houver perda de

espessura) e intensidade de corrosão que possa a ocorrer nos

equipamentos ou instalações quando em uso, sendo economicamente

inviável seu impedimento. Desta forma esta espessura a mais servirá

como um material de sacrifício que será corroído após um período sem

prejuízo à resistência mecânica da peça;

29

Figura 13 - Aumento de espessura para compensar consumo por corrosão durante

período previsto de utilização.

Fonte: Gentil, 1996, pág. 222

- Prever drenagem de águas pluviais ou de qualquer origem, pois

segundo Nunes (1987) quando acumuladas em contato com a

superfície metálica aceleram os processos corrosivos e como medida

de prevenção é dotar perfis com abas pra baixo, inclinações e furos de

drenagem nas chapas de forma a facilitar o escoamento, suas

superfícies devem ser lisas, simples e ter forma otimizada;

EVITAR USAR

Figura 14 - Drenagem de Líquidos.

Fonte: Telles, 1986, pág. 75.

EVITAR EVITAR EVITAR USAR

Figura 15 - Influência da geometria no acúmulo de líquidos.

Fonte: Gentil, 1996, pág. 225.

30

- Prever fácil acesso as áreas suscetíveis à corrosão para inspeções

periódicas e serviços de manutenção: é de extrema importância este

item pois desta forma não é possível uma perfeita realização de

trabalhos como o de reparos com solda.

EVITAR USAR

Figura 16 - Posicionamento de um tanque e tubulações do ponto de vista da

acessibilidade para manutenção.

Fonte: Ramanathan, 2008, pág. 203.

- Prever soldas bem acabadas: soldas com falta de penetração e

outros defeitos superficiais poderão propiciar o acúmulo de fluidos,

depósitos de sólidos, além de contribuírem para o aparecimento de

concentrações de tensões.

EVITAR USAR

Fonte 17 - Detalhe construtivo de solda contínua.

Fonte: Telles, 1986, pág. 75.

31

- Não sendo possível evitar pares galvânicos, as áreas anódicas devem

ser essencialmente maiores que as catódicas. Gentil (1996) estabelece

condições de relação área anódica/área catódica para valores maior

que um, ou seja, a área menos nobre tem que ser maior que a mais

nobre, assegurando um desgaste menor e mais uniforme.

Figura 18 - Influência de variações em áreas de regiões anódicas e catódicas

sobre corrosão.

Fonte: Ramanathan, 2008, pág.196.

- Evitar soldas entre metais dissimilares ou com eletrodos de metal

diferente. Segundo Telles (1986) estas soldas quase sempre motivam o

desmanche dos elementos de liga ou a dissolução do carbono. Não

sendo possível evita-las, que sejam feitas fora da região de pressão do

equipamento ou do contato com o meio corrosivo;

EVITAR USAR

Figura 19 - Detalhe construtivo de soldas dissimilares.

Fonte: Telles, 1986, pág. 75.

32

3.3 – Métodos de Proteção Catódica

Esta técnica de proteção anticorrosiva é definida por Nunes (2007)

como sendo um método que converte a estrutura a ser protegida em catodo de

uma célula eletroquímica ou eletrolítica, forçando um alto grau de polarização

catódica. Necessita de um eletrólito contínuo o que determina seu emprego a

estruturas enterradas ou submersas.

Devido ao aparecimento de áreas anódicas e catódicas este processo

artificial consiste em transformar todas as áreas da estrutura em catódica

transportando a área anódica para uma nova superfície projetada para este fim

que é o chamado “anodo”, deixando de existir o fluxo de elétrons inicialmente

originado na área antes anódica, eliminando-se o processo corrosivo.

Como já visto no Capítulo I, em uma superfície catódica só ocorrem

reações de redução, não havendo dissolução do material metálico (reação de

oxidação) isto porque a superfície do metal está polarizada a um determinado

nível.

Dois métodos podem ser usados para garantir a proteção catódica, são

eles: a proteção catódica galvânica (também chamada de proteção por anodos

galvânicos ou de sacrifício) e proteção catódica por corrente impressa.

3.3.1 - Proteção Catódica Galvânica

Gentil (1996) explica que neste caso o fluxo de corrente elétrica se dá

pelo diferencial de potencial existente entre o metal que se quer proteger e

outro que se sacrificará, o anodo, e com potencial mais negativo na série

galvânica prática, sendo mais usualmente utilizadas as ligas de Al, Mg e Zn

como anodos.

Como os diferenciais de potenciais envolvidos neste processo são

relativamente pequenos, as estruturas metálicas a serem protegidas ficam

33

limitadas em relação à quantidade de corrente que devem ser pequenas de até

5 A. Sendo então desta forma mais economicamente indicados para

embarcações de pequeno porte em meios de resistividade abaixo de 3.000

ohm.cm.

Tabela 2 - Aplicações Típicas dos Anodos Galvânicos.

Fonte: Gentil, 1996, pág. 272.

As principais vantagens da utilização de anodos galvânicos em

estruturas enterradas ou submersas são descritas por Nunes (2007):

- Após instalação do sistema são baixos os custos com manutenção.

- Os custos com instalação são baixos.

- Não exige abastecimento de corrente alternada no local.

- Dificilmente interferem com outras estruturas metálicas enterradas

Uma desvantagem deste sistema é a reposição dos anodos após o seu

consumo.

3.3.2 - Proteção Catódica por Corrente Impressa

Embora o princípio seja o mesmo para os dois (introdução de uma

corrente elétrica por um eletrólito) neste sistema a corrente elétrica deriva de

uma força eletromotriz produzida por uma fonte geradora de corrente contínua

(retificador, bateria ou gerador). Segundo Gentil (1996) para que esta corrente

se espalhe no eletrólito, são utilizados anodos especiais, sem atividades. O tipo

34

e onde ser aplicado vai variar de acordo com o eletrólito onde será utilizado,

conforme tabela apresentada:

Tabela 3 - Aplicações Típicas dos Anodos.

Fonte: Gentil, 1996, pág. 273

A grande vantagem neste sistema é que se pode determinar em função

do meio (sua resistividade), a potência que se desejar para a fonte geradora

assim como a força eletromotriz precisada, de acordo com a resistividade

elétrica do eletrólito. Neste caso se aplica à proteção de estruturas metálicas

em contato com eletrólitos de baixa (3.000 a 10.000 ohm.cm), média (10.000 a

50.000 ohm.cm), alta (50.000 a 100.000 ohm.cm) e altíssima (acima de

100.000 ohm.cm) resistividade elétrica.

A escolha de qual sistema a ser usado na proteção catódica deve levar

em conta tanto os aspectos técnicos quanto os econômicos, de acordo com as

características da estrutura metálica a ser protegida e do meio no qual estará

sujeita. Desta forma para uma melhor análise tem-se um comparativo dos dois

sistemas por Gentil (1996) com os principais tópicos registrados.

35

Tabela 4 - Comparação entre os Sistemas Galvânicos e por Corrente Impressa.

Fonte: Gentil, 1996, pág. 275.

36

CONCLUSÃO

A corrosão normalmente é um processo degenerativo, espontâneo, que

atua permanentemente sobre os materiais metálicos diminuindo o seu

desempenho, durabilidade, elevando os custos de manutenção dos

equipamentos e reposição de peças antes do tempo previsto.

É de conhecimento geral a importância que os materiais metálicos têm

na construção da infra-estrutura necessária para a manutenção da qualidade

de vida que a população mundial alcançou.

O conhecimento dos mecanismos de origem e tratamento desses

processos corrosivos, para diminuir a ação que atua sobre esses materiais é de

suma importância para a economia de todos os países.

Devemos pesquisar os materiais mais adequados e os processos mais

eficientes para diminuir a ação da corrosão em cada caso específico de uso

dos materiais metálicos, observando as condições existentes a respeito do tipo

de material, do meio em que este se encontra e as condições em que se dará o

uso do material escolhido.

Nesse processo de aperfeiçoamento da proteção a estes materiais,

deveremos levar em consideração as experiências anteriores ocorridas sob as

mesmas condições, para que possamos através dos estudos da morfologia e

da origem das causas, procurar e encontrar os mecanismos que nos levem a

um controle efetivo do novo processo que estaremos abordando.

O protocolo para este tratamento deverá ter como base o

conhecimento técnico científico, pois nenhum trabalho técnico desta natureza

poderá prescindir do desenvolvimento tecnológico já disponível, usando-os

para determinar os métodos de abordagem para se chegar a determinação do

tipo de proteção e manutenção mais adequada ao projeto analisado.

37

GLOSSÁRIO

Alguns termos encontrados neste trabalho e listados aqui, são

explicados segundo Ramanathan (2008).

ABRACO – Associação Brasileira de Corrosão. Anodos – Eletrodo no qual a oxidação ou corrosão ocorre. Ativo – Estado no qual um metal tende a corroer. Catodo – Eletrodo onde ocorre a redução e praticamente nenhuma corrosão. Uma reação catódica típica é a redução do oxigênio a íons hidroxila. Corrente elétrica – Uma corrente elétrica é causada pelo fluxo de elétrons. Eletrodo – Um metal em contato com um eletrólito que atua como um ponto, onde a corrente elétrica entra no metal ou o deixa. Eletrólito – Um condutor iônico, geralmente uma solução aquosa. Meio – As circunvizinhanças ou condições na qual o material é encontrado Oxidação – Perda de elétrons por um constituinte (um reagente) de uma reação química. pH – Uma medida da acidez ou alcalinidade de uma solução. PIB – Produto Interno Bruto. Polarização catódica – Polarização do cátodo ou a redução do potencial inicial que resulta do fluxo de corrente próximo ou no cátodo. Potencial de eletrodo – O potencial de um eletrodo quando medido contra um eletrodo de referência. Redução – Ganho de elétrons por um constituinte de uma reação química. Série galvânica – Uma lista de metais arranjada de acordo com seus potenciais relativos de corrosão, em algum meio específico. A água do mar é frequentemente usada como meio.

38

BIBLIOGRAFIA

DUTRA, Aldo Cordeiro; NUNES, Laerce de Paula. Proteção Catódica, Técnica de Combate à Corrosão. Rio de Janeiro: JR ED. Técnica, 1987.

GEMELLI, Enori. Corrosão de Materiais Metálicos e sua Caracterização. Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos, c2001.

GENTIL, Vicente. Corrosão. Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 1996.

JAMBO, Hermano Cezar Medaber; FÓFANO, Sócrates. Corrosão – Fundamentos, Monitoração e Controle. Rio de Janeiro: Editora Ciência Moderna Ltda., 2008.

NUNES, Laerce de Paula. Fundamentos de Resistência à Corrosão. Rio de Janeiro: Interciência: IBP: ABRACO, 2007.

RAMANATHAN, Lalgudi V. Corrosão e seu Controle. São Paulo: Hemus, 2008.

TELLES, Pedro C. Silva. Materiais para Equipamentos de Processo. 3ª edição, revisada e ampliada. Rio de Janeiro: Interciência, 1986.

WEBGRAFIA

ABRACO - Associação Brasileira de Corrosão - Palestras. http://www.abraco.org.br/NAbracoP/slide21.htm#MARCA. Acesso em 20/11/2011. Engegraut - Engenharia Ltda. http://www.engegraut.com.br/corrosao.htm. Acesso em 04/03/2012. IOPE - Instrumentos de Precisão LTDA. http://www.iope.com.br/3i_corrosao.htm. Acesso em 04/03/2012. CESEC – Centro de Estudos de Engenharia Civil: Corrosão em Estruturas Metálicas. http://www.cesec.ufpr.br/metalica/patologias/corrosao/corrosao-texto.htm. Acesso em 20/11/2011.

39

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1 – Ciclo dos metais. 10

Figura 2 – Estágio de equilíbrio da reação de passagem dos íons para 12

à solução.

Figura 3 – Pilha eletroquímica. 14

Figura 4 – Pilha galvânica entre o ferro e o cobre. 15

Figura 5 – Pilha ação local. 17

Figura 6 – Pilha de aeração diferencial. 17

Figura 7 – Ilustração esquemática de influência da variação de

concentração de íons metálicos, oxigênio dissolvido, íon cloreto em

uma solução sobre corrosão de um metal imerso.

19

Figura 8 – Detalhes construtivos de metais dissimilares. 26

Figura 9 – Utilização de materiais de potenciais próximos. 27

Figura 10 – Evitar frestas (Corrosão Galvânica). 27

Figura 11 – Detalhes construtivos com soldas. 28

Figura 12 – Demonstrativo de canto vivo x canto arredondado 28

Figura 13 – Aumento de espessura para compensar consumo por

corrosão durante período previsto de utilizarão.

29

40

Figura 14 – Drenagem de líquidos. 29

Figura 15 – Influência da geometria no acúmulo de líquidos. 29

Figura 16 – Posicionamento de um tanque e tubulações do ponto de

vista de acessibilidade para manutenção.

30

Figura 17 – Detalhe construtivo de solda contínua. 30

Figura 18 – Influência de variações em áreas de regiões anódicas e

catódicas sobre corrosão.

31

Figura 19 – Detalhes construtivos de soldas dissimilares. 31

41

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 1- Série Galvânica para Água do Mar. 13

Tabela 2 – Aplicações Típicas dos Anodos Galvânicos. 33

Tabela 3 – Aplicações Típicas do Anodo. 34

Tabela 4 – Comparação entre Sistemas Galvânicos e por Corrente

Impressa.

35

42

ÍNDICE

FOLHA DE ROSTO 2

AGRADECIMENTO 3

DEDICATÓRIA 4

RESUMO 5

METODOLOGIA 6

SUMÁRIO 7

INTRODUÇÃO 8

CAPÍTULO I

O FENÔMENO 10

1.1 – Mecanismos Eletroquímicos 11

1.1.1 – Potenciais Eletroquímicos 11

1.1.2 – Pilhas Eletroquímicas 13

1.1.2.1 – Pilha de Eletrodos Metálicos Diferentes 15

1.1.2.2 – Pilhas de Concentração 17

1.1.3 – Reações de Oxidação e Redução 18

1.2 – Meios Corrosivos 19

CAPÍTULO II

OCORRÊNCIAS 21

CAPÍTULO III

MÉTODOS DE COMBATE À CORROSÃO 25

3.1 – Especificações de Materiais 25

3.2 – Práticas de Projeto 26

3.2.1 – Práticas de Projeto a serem Evitadas 26

3.2.2 – Práticas de Projeto que devem ser Previstas 28

43

3.3 – Métodos de Proteção Catódica 32

3.3.1 – Proteção Galvânica 32

3.3.2 – Proteção Catódica por Corrente Impressa 33

CONCLUSÃO 36

GLOSSÁRIO 37

BIBLIOGRAFIA 38

WEBGRAFIA 38

ÍNDICE DE FIGURAS 39

ÍNDICE DE TABELAS 41

ÍNDICE 42