Corrosão em materiais para indústria

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Corrosão em materiais para indústria
Gentil (2011) define a corrosão como a deterioração de um material, geralmente metálico, por ação química ou eletroquímica do meio ambiente aliada ou não a esforços mecânicos. A deterioração de materiais não-metálicos, como por exemplo concreto, borracha, polímeros e madeira, devida à ação do ambiente e considerada também, por alguns autores, como corrosão. 
Exemplos de corrosão: deterioração do cimento Portland, empregado em concreto por ação de sulfato; perda da elasticidade da borracha devida à oxidação por ozônio; madeira exposta à solução de ácidos e sais ácidos, perdendo sua resistência devido a hidrolise da celulose.
8 tipos de corrosão mais comuns na indústria e como evitá-las
Muitos componentes dos maquinários industriais são feitos de metal. Com o passar do tempo e por conta de reações químicas com o ambiente, esse material pode oxidar e apresentar diferentes tipos de corrosão.
O resultado é a famosa ferrugem, que altera a aparência e prejudica o desempenho dos equipamentos. Ela pode deteriorar peças por completo se não for controlada precocemente, o que gera gastos com reparos e até substituições de máquinas, além de prejudicar a linha de produção e comprometer a segurança.
Investir em manutenção adequada é o melhor caminho para identificar o problema rapidamente e aplicar o melhor tratamento. Mas como perceber que algo está errado? Veja os 8 principais tipos de corrosão, seus sinais e as formas de prevenção.
Os principais tipos de corrosão
Reconhecer as causas de cada processo corrosivo é crucial para tomar boas medidas de controle e evitar maiores danos ao maquinário. Veja, a seguir, os tipos mais recorrentes na indústria.
1. Química
Acontece quando um agente químico atua sobre determinado material (metálico ou não). Solventes são exemplos de substâncias que podem quebrar moléculas de polímeros para degradá-los. Nesse caso, não ocorre a transferência de elétrons.
Em metais que contêm zinco como elemento de liga, por exemplo, é o ácido sulfúrico que cumpre o papel de agente oxidante. Já no concreto armado das construções, é a poluição que atua dessa forma. Assim, poluentes presentes na atmosfera reagem quimicamente com o material e colaboram para sua degradação.
2. Eletroquímica
É um dos tipos de corrosão mais presentes na indústria porque acontece quando o metal entra em contato direto com o meio corrosivo. Essa condição provoca uma reação química que pode acelerar o processo de depreciação de máquinas.
Há duas formas básicas de causar corrosão eletroquímica. A primeira é colocar o metal em contato com um eletrólito e, assim, formar uma pilha galvânica. Isso ocorre quando a água e o oxigênio presentes no ar reagem com o material desprotegido.
A segunda consiste em manter dois metais ligados por um eletrólito. Ao colocar, por exemplo, uma placa de cobre e uma de ferro mergulhadas em um eletrólito neutro aerado, cada uma se tornará um eletrodo. O ferro (ânodo) perderá elétrons para o cobre (cátodo), que será reduzido. O ânodo vai sofrer desgaste e dar origem à ferrugem.
3. Eletrolítica
Essa corrosão não acontece por meios naturais porque demanda a aplicação de corrente elétrica no sistema. Por isso, costuma estar presente em equipamentos que não contam com isolamento ou aterramento adequado.
A ausência desse tipo de instalação colabora para a formação de correntes de fuga. Assim, enquanto a corrente escapa para o solo, vai causando pequenos furos no metal.
As classificações mais comuns
Os tipos de corrosão também podem ser classificados de acordo com fatores ambientais ou mecânicos e suas características geométricas. Saiba mais sobre cada forma.
4. Corrosão uniforme
Também conhecida como generalizada, ela afeta a superfície como um todo, de maneira homogênea. É um dos padrões mais comuns e se caracteriza pela perda de espessura em várias partes do material. Como diferentes áreas ficam expostas ao meio corrosivo, a observação e o controle passam a ser mais fáceis.
5. Corrosão localizada
Também chamada de corrosão por placas, afeta regiões isoladas do material. Isso faz com que diversas cavidades apareçam em pontos específicos, todas com variações no diâmetro e profundidade. A forma localizada pode atravessar o metal por completo em alguns casos, comprometendo o funcionamento da máquina e reduzindo a segurança dos usuários.
6. Corrosão alveolar
Também é chamada de pontual e está entre os tipos de corrosão de categoria localizada, embora não seja tão profunda. O diâmetro das cavidades costuma ser maior que a profundidade, resultando em manchas circulares e superficiais. O fundo arredondado das depressões é outra característica comum.
7. Corrosão por pites
Também conhecida como corrosão puntiforme, se diferencia da alveolar por apresentar cavidades com profundidade maior que o diâmetro. Essa condição faz com que seja bastante ameaçadora para qualquer equipamento. Inclusive, em muitos casos, é difícil percebê-la pelo fato de permanecer sob as manchas uniformes e mais superficiais
8. Corrosão seletiva
Afeta uma parte do material por razões químicas ou metalográficas. Ocorre quando há a formação de um par galvânico por conta da diferença de nobreza entre dois elementos de uma liga metálica. Dois processos comuns nessa categoria são a grafitização e a denzificação.
As melhores práticas preventivas
Toda indústria deve contar com ações que minimizem a perda de recursos. Além de práticas para cuidar da saúde do colaborador e melhorar o ambiente de trabalho, é preciso pensar em estratégias que ajudem a proteger os equipamentos.
Diferentes tipos de corrosão podem ser evitados com um planejamento que envolva desde a escolha do maquinário até a aplicação de produtos para criar uma película protetora sobre o material. Na aquisição de novas peças, por exemplo, é possível priorizar metais mais resistentes.
Métodos de proteção
Para máquinas já existentes na indústria, é possível optar pelo uso de métodos como pintura anticorrosiva, anodização, galvanoplastia e proteção catódica ou anódica. Outro cuidado importante tem a ver com a condição do ambiente, já que fatores como a alta umidade e o calor podem acelerar o desgaste do metal.
Manutenções frequentes
Em todos os casos, vale a pena investir na manutenção preventiva para reconhecer os problemas em sua fase inicial. Dessa forma, a equipe responsável poderá discutir a melhor solução e evitar uma série de prejuízos. Entre eles, vale a pena citar a perda de recursos, a contaminação ou deterioração de produtos, a redução da eficiência de itens considerados essenciais, a necessidade de superdimensionamento dos maquinários e até os riscos à vida dos colaboradores.
Aliar o planejamento e o monitoramento constante das peças utilizadas na indústria é essencial para reduzir os efeitos dos diversos tipos de corrosão. Ao adotar uma resposta rápida a qualquer dano apresentado, é possível manter a produtividade na empresa e direcionar mais recursos humanos e financeiros a processos que são estratégicos ao negócio.
Os Efeitos e Impactos Econômicos da Corrosão na Industria
O desenvolvimento econômico de qualquer região, estado ou país depende não apenas de seus recursos naturais e atividades produtivas, mas também da infraestrutura responsável pela exploração, processamento e comercialização de mercadorias. Sistemas de irrigação, estradas, pontes, aeroportos, transporte marítimo, terrestre e aéreo, edifícios escolares, escritórios e residências, instalações industriais são afetadas pela corrosão e, portanto, suscetíveis a processos de deterioração e degradação.
A CORROSÃO é um processo natural. Assim como a água flui para o menor espaço existente, todos os processos naturais tendem fluir à menor energia. Assim, por exemplo, ferro e aço em temperatura ambiente apresentam como principais características a condução de corrente elétrica, a condução de calor e a capacidade de formar cátions. O ferro e aço frequentemente combinam-se com oxigênio e água, ambos presentes na maioria dos ambientes naturais, para formaróxidos de ferro hidratados (ferrugem), similares em composição química ao minério de ferro original. 
A corrosão é um problema crucial em todo o mundo que afeta fortemente os ambientes naturais e industriais. Hoje, entende-se que a corrosão e a poluição são processos prejudiciais inter-relacionados, já que muitos poluentes aceleram a corrosão e produtos de corrosão, como a ferrugem, também poluem os corpos d'água. Ambos são processos perniciosos que prejudicam a qualidade do meio ambiente, a eficiência do setor e a durabilidade dos ativos de infraestrutura. Portanto, é essencial desenvolver e aplicar métodos e técnicas de controle de engenharia de corrosão. Outros problemas críticos que impactam a infraestrutura e a indústria são as mudanças climáticas, o aquecimento global e as emissões de gases de efeito estufa, todos fenômenos inter-relacionados.
Além dos processos comuns de deterioração dos materiais por reações químicas e fraturas mecânicas, há outros que se preocupam com a participação de vários tipos de microorganismos que aderem em colônias ou se desenvolvem em suas superfícies.
A biocorrosão e a biodeterioração de materiais metálicos e não metálicos são dois processos importantes que causam sérios problemas à infraestrutura de vários sistemas industriais. Geralmente, os microrganismos não deterioram ou corroem diretamente os metais, mas modificam as condições da interface material / ambiente, favorecendo a degradação desses materiais de maneira a induzir ou influenciar o processo de desenvolvimento.
No caso do metal, a biocorrosão ocorre devido a processos eletroquímicos de corrosão e agentes biológicos devido à ação de microorganismos e/ou bactérias presentes no sistema. O conhecimento desses processos biológicos e seus efeitos é necessário para estabelecer medidas preventivas e de controle em sistemas industriais.
Uma planta industrial que contém vários ambientes de biocorrosão é um risco potencial:
Em um sistema de trocadores de calor, geralmente a poeira acumula resíduos biológicos, podendo ocorrer biocorrosão, levando à formação de filmes de corrosão na superfície das paredes. Portanto, haverá perda de energia aumentando a resistência ao fluxo de fluidos e à transferência de calor. A perda por evaporação da água favorece o aumento da concentração de nutrientes, o tempo de permanência, a temperatura da água e a relação superfície / volume, o que leva a uma maior taxa de crescimento microbiano (Stoytcheva et al., 2010 , Carrillo M. et al. , 2010).
Outros fatores podem ser abordados, para avaliarmos a corrosão e seus efeitos na Industria, um deles de tão grande importância é o pH das águas naturais normalmente encontrados entre 4,5 e 8,5. Em valores mais altos de pH, existe a possibilidade de que a corrosão do aço possa ser suprimida pela passivação do metal. Por exemplo, o Cu é muito afetado pelo valor do pH na água ácida e sofre uma ligeira corrosão na água, liberando pequenas quantidades de Cu na forma de íons, de modo que é uma superfície corroída devido a roupas manchadas de verde e louças sanitárias. Além disso, a deposição dos íons Cu em superfícies de células de corrosão de alumínio ou zinco galvanizado leva a um novo contato bimetálico, que causa corrosão severa nos metais.
A saturação de sais na água produz uma maior possibilidade de incrustação nas paredes metálicas, devido à facilidade com que os sais insolúveis (carbonatos) podem ser precipitados. A saturação da água refere-se ao produto de solubilidade de um composto e é definida como a razão entre a atividade do íon e o produto de solubilidade. Por exemplo, a água é saturada com carbonato de cálcio quando não é mais possível dissolver o sal na água e então começa a precipitar em escala. De fato, é chamado supersaturado quando a precipitação de carbonato ocorre ao repousar a solução.
Um dos problemas mais comuns de corrosão em tubos, dutos, tanques, pré-aquecedores, caldeiras e outras estruturas metálicas, sistemas de troca de calor isolados, é o desgaste e a corrosão que ocorrem no metal (aço, aço galvanizado, alumínio, etc.). Essa corrosão é conhecida como corrosão sob depósito. O depósito pode ser formado por produtos de corrosão metálica e/ou diferentes tipos de revestimento aplicados para proteção. Por exemplo, no caso de um depósito calcário, formado nas paredes de tubos de aço galvanizado que transportam água com um alto grau de dureza (sais dissolvidos), ele pode desenvolver corrosão sob depósito. Essas conchas podem ser porosas, depósitos calcários e/ou parcialmente destacadas da superfície do metal, de modo que o contato direto entre o metal, água e oxigênio (o agente oxidante no processo de corrosão) permite o desenvolvimento de corrosão por metais. Por esse motivo, os tubos podem ser severamente danificados nesses locais até a perfuração, enquanto em algumas partes da instalação a corrosão pode ocorrer em um nível muito mais baixo.
Os efeitos da corrosão em nossas vidas diárias, não só na industria, são diretos, pois a corrosão afeta a vida útil de bens materiais. Em casa, a corrosão é facilmente reconhecido na carroceria de automóveis, churrasqueiras, móveis para ambientes externos, janelas, portões metálicos, grades e ferramentas de metal. A manutenção preventiva, como a pintura, protege esses itens da corrosão. Um dos principais motivos para substituir o líquido de arrefecimento do radiador de automóveis a cada 12 a 18 meses é reabastecer o sistema de arrefecimento do automóvel, como inibidores de corrosão. A proteção contra corrosão está incorporada em todos os principais eletrodomésticos, como aquecedores de água, fornos, fogões, lavadoras e secadoras. 
O Impacto Econômico da Corrosão A corrosão dos metais custa à economia dos EUA quase US$ 300 bilhões por ano em valores atuais. Aproximadamente um terço desses custos pode ser reduzido pela aplicação mais ampla de materiais resistentes à corrosão e pela aplicação das melhores práticas técnicas relacionadas à corrosão.
Essas estimativas resultam de uma recente atualização dos resultados do estudo de 1978, Economic Effects of Metallic Corrosion, nos Estados Unidos. O estudo foi realizada pelos laboratórios Battelle Columbus e pelo Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e publicada recentemente. O trabalho original, foi baseado em um modelo elaborado por mais de 130 setores econômicos. Descobriram que, em 1975, a corrosão metálica custava US$ 82 bilhões, ou 4,9% de seu produto interno bruto (PIB). 
Também descobriram que 60% desse custo era inevitável. US$ 33 bilhões (40%) foram incorridos pelo não uso das melhores práticas conhecido. Estes foram chamados de custos "evitáveis", ou seja, custo por uma má pratica de proteção contra a corrosão. Nas últimas duas décadas, o crescimento econômico e a inflação de preços aumentaram, aumentou o PIB mais de quatro vezes nos Estados Unidos. Se nada mais tivesse mudado, os custos de corrosão teriam aumentado para quase US$ 350 bilhões anualmente, dos quais US$ 139 bilhões seriam evitáveis.
Entende-se também que o aumento dos custos de corrosão resulta de regulamentos governamentais que proíbem o uso de métodos consagrados de proteção por causa de danos à segurança ou ao meio ambiente. Por exemplo, em um esforço para reduzir poluição atmosférica, a eliminação de tintas à base de chumbo em casas e pontes, tintas inibidoras de cromato em aeronaves e tintas à base de óleo indústria teve sérias repercussões. 
Embora os custos variem de indústria para indústria, vários elementos se combinam para compor o total custo de corrosão. Alguns são facilmente reconhecidos; outros são menos reconhecíveis. Na fabricação, os custos de corrosão são incorridos no ciclo de desenvolvimento do produto de várias maneiras, começando pelos materiais, energia, mão de obra, e conhecimento técnico necessário para produzir um produto. Por exemplo, um produto pode exigir pintura para proteção contra corrosão. Um metal resistente à corrosão pode ser escolhido no lugar do aço carbono comum, e serviços técnicos podem ser necessários para projetare instalar proteção catódica em um produto. Pode ser necessário tratamento térmico adicional para aliviar as tensões para proteção contra trincas por corrosão sob tensão. Outros custos operacionais também são afetados pela corrosão. Inibidores de corrosão, por exemplo, frequentemente devem ser adicionados aos sistemas de tratamento de água. Partes dos custos de manutenção e reparo podem ser atribuídos à corrosão, e especialistas em corrosão são freqüentemente empregados para implementar programas de controle de corrosão.
Os custos de capital também são incorridos devido à corrosão. A vida útil de um equipamento é depreciado pela corrosão. Para a operação espera-se que o equipamento que funcione continuamente, porem a capacidade para permitir paradas programadas e manutenção relacionada à corrosão, exigem custos, uns programados e outros extras. Em outros casos, equipamentos redundantes são instalados para permitir a manutenção em um enquanto o processamento continua com outra unidade.
O estudo original de Battelle / NIST identificou dez elementos do custo de corrosão:
· Substituição de equipamentos
· Perda de produto
· Manutenção e reparação
· Excesso de capacidade
· Equipamento redundante
· Controle de corrosão
· Suporte técnico
· Desenho
· Seguros
· Inventário de peças e equipamentos
Substituição, perda de produto, manutenção e reparo são custos diretos. O excesso paradas causadas pela manutenção poderia ser reduzida se a corrosão não fosse um fator. Esse elemento representa capacidade extra da planta (capital em estoque) mantida devido à corrosão. Equipamentos redundantes são responsáveis por equipamentos adicionais da planta (capital em estoque) necessários devido à corrosão. Componentes críticos específicos como grandes ventiladores e bombas, têm tratamento idêntico para permitir o processamento durante a manutenção para controle de corrosão. 
Os custos do controle de corrosão são diretos, assim como os custos de suporte (engenharia, pesquisa e desenvolvimento e testes) associados à corrosão. Os dois últimos elementos de custo, seguro e inventário de peças e equipamentos, pode ser significativo em casos específicos. Além dos itens relacionados acima, outros fatores de custo menos quantificáveis, como perda de vida, pode e certamente terá um grande impacto. Falhas únicas e catastróficas - por exemplo, um vazamento induzido por corrosão em um oleoduto, com a resultante perda de produto e contaminação ambiental - pode resultar em danos dispendiosos, difíceis de avaliar ou reparar, bem como em multas legais "Dano punitivo".
Apesar de não terem sido encontrados estudos extensivos deste tipo para a realidade brasileira, a Associação Brasileira de Corrosão (ABRACO) estima que a corrosão seja responsável por um custo anual de 3 % do PIB (2018) aproximadamente R$ 280 Bilhões, relacionado esse percentual ao estudo norte americano. Segundo a mesma instituição, se as medidas de proteção contra corrosão fossem devidamente aplicadas, depois de deduzidos os custos de aplicação destas medidas, a economia poderia ser de pelo menos R$ 112 Bilhões. 
Na prática, existem três métodos principais que evitam a corrosão:
· Métodos que impedem que o material que nos interessa seja atacado (proteção catódica);
· Métodos que intervêm no meio ambiente alterando sua composição;
· Métodos que impedem o material metálico e o meio agressivo de entrar em contato (revestimentos). Estes últimos são os métodos mais eficazes e mais utilizados.
As economias derivadas da aplicação desses métodos podem ser:
· Direto: redução de custos de reparo e manutenção, perda de materiais, substituição por danos ao equipamento
· Indireto: redução de resíduos sólidos que se acumulam nos centros de reciclagem, economizando energia e reduzindo as emissões de CO2, tendo que fabricar menos produtos de metal, conservação de recursos naturais, menor risco à saúde e segurança das pessoas, etc. .
Portanto, mesmo que os metais oxidem e corroam por sua própria natureza, os danos por corrosão podem ser retardados ao longo do tempo, substancialmente reduzidos e às vezes até totalmente evitados. Para atingir esses objetivos, é necessário definir métodos de proteção e controle confiáveis ​​e economicamente viáveis. Nesse sentido, seria desejável que as empresas promovessem a investigação de novos desenvolvimentos tecnológicos e a introdução de métodos para combater a corrosão.
Os inibidores de corrosão desempenham um papel importante na engenharia de proteção de metais e na economia. A julgar pelos equipamentos e outros campos industriais, o uso de inibidores de corrosão é um método anticorrosivo eficaz e econômico. Qualquer processo de retardo de corrosão ou a redução na taxa de oxidação do metal pela adição de um composto químico ao sistema é causado por inibidores de corrosão. Os inibidores geralmente são fáceis de aplicar e oferecem a vantagem da aplicação sem causar nenhuma interrupção significativa no processo. O uso de inibidores de corrosão é um dos melhores métodos de combate à corrosão.
Para que possam ser utilizados de forma eficaz, deve-se considerar:
· Identificação dos problemas de corrosão.
Geralmente, os componentes de uma célula de corrosão (ânodo, cátodo, eletrólito e condutor eletrônico) podem ser afetados por inibidores de corrosão, a fim de reduzir a corrosão. O inibidor pode causar:
· Inibição anódica (aumentando a polarização do ânodo);
· Inibição catódica (aumentando a polarização do cátodo);
· Inibição de resistência (aumentando a resistência elétrica do circuito enquanto forma um depósito fino ou espesso na superfície do metal);
· Restrição à difusão (restringindo a difusão de despolarizadores).
No entanto, existem vários fatores a serem considerados na escolha de um inibidor.
· Custo do inibidor, porem ter MUITO cuidado em comparar produtos por preços, pois preço está DIRETAMENTE relacionado a QUALIDADE.
· A toxicidade do inibidor pode causar efeitos negativos em seres humanos e outras espécies vivas;
· A disponibilidade do inibidor no mercado;
· O inibidor deve ser favorável ao meio ambiente.
Para evitar ou reduzir a corrosão de materiais metálicos, os inibidores utilizados no sistema de refrigeração devem atender aos seguintes critérios:
· Deve oferecer boa proteção contra corrosão em uma concentração muito baixa de inibidor;
· Ele deve proteger todos os materiais expostos do ataque de corrosão;
· Ele deve permanecer eficiente em condições extremas de operação (temperatura e velocidade mais altas);
· No caso de uma dosagem abaixo ou acima do inibidor, a taxa de corrosão não deve aumentar drasticamente;
· O inibidor ou os produtos de reação do inibidor não devem formar depósitos na superfície do metal, particularmente em locais onde a transferência de calor ocorre;
· Deve suprimir a corrosão uniforme e localizada;
· Deve ter eficácia de longo alcance;
· Não deve causar problemas de toxicidade e poluição.
Conclusão
A corrosão é um processo natural que reduz a energia de ligação dos metais e degrada as propriedades úteis dos materiais. O resultado final da corrosão envolve a oxidação de um átomo de metal, perdendo um ou mais elétrons. A corrosão se manifesta como uma ruptura do metal.
Os inibidores de corrosão são um ótimo método eficaz de prevenção da corrosão. O conhecimento do método da ação, facilita a escolha dos inibidores, melhora a eficiência, evita que o processo seja prejudicado e os efeitos colaterais. É importante na escolha do inibidor, conhecer bem o método de aplicação, a toxicidade do inibidor, a proteção que o inibidor proporcionará ao metal, para determinar os efeitos subsequentes disso no ambiente. Os inibidores ecológicos mostraram excelentes resultados, superando os inibidores convencionais.