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FUNDAÇÃO TÉCNICO-EDUCACIONAL SOUZA MARQUES FACULDADE DE FILOSOFIA, CIÊNCIAS E LETRAS CURSO: QUÍMICA – BACHAREL EM ORIENTAÇÃO TECNOLÓGICA DISCIPLINA: CORROSÃO - CÓDIGO: QUI60352 MÉTODOS DE COMBATE À CORROSÃO ÍCARO HILÁRIO ANTUNES ALVES MATRÍCULA: QO210003 RIO DE JANEIRO 31.03.2022 por ÍCARO HILÁRIO ANTUNES ALVES MATRÍCULA: QO210003 MÉTODOS DE COMBATE À CORROSÃO Trabalho apresentado à disciplina de Corrosão como requisito parcial para obtenção do Grau de Qualificação 1 (GQ1). Orientador: Prof. Esp. Paulo Bonan Assis Especialista em Metodologia do Ensino Superior RIO DE JANEIRO 31.03.2022 LISTA DE FIGURAS Figura 1. Pilha eletroquímica. (GENTIL, 1996). ........................................................ 5 Figura 2. Diagrama de polarização com ação de inibidor anódico. (A) sem inibidor (b) com inibidor. (GENTIL, 1996). ................................................................ 6 Figura 3. Diagrama de polarização com ação de inibidor catódico. (a) sem inibidor (b) com inibidor. (GENTIL, 1996). ................................................................ 7 Figura 4. Inibidores orgânicos utilizados em decapagem ácida. (GENTIL, 1996). ....................................................................................................................................... 8 Figura 5. Esquema do mecanismo de proteção catódica (GENTIL, 1996) .......... 10 file:///C:/Users/Pichau/Google%20Drive/Faculdade/3º%20período/7º%20-%20Corrosão/MÉTODOS%20DE%20COMBATE%20A%20CORROSÃO.docx%23_Toc99059339 file:///C:/Users/Pichau/Google%20Drive/Faculdade/3º%20período/7º%20-%20Corrosão/MÉTODOS%20DE%20COMBATE%20A%20CORROSÃO.docx%23_Toc99059339 SUMÁRIO INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 4 1.1. INIBIDORES DE CORROSÃO .............................................................................. 5 1.1.1. Inibidores anódicos ....................................................................................... 6 1.1.2. Inibidores catódicos ...................................................................................... 7 1.1.3. Inibidores de adsorção ................................................................................. 8 1.1.4. Utilização dos inibidores .............................................................................. 8 1.2. PROTEÇÃO CATÓDICA ....................................................................................... 9 1.3. PROTEÇÃO ANÓDICA ....................................................................................... 10 1.4. REVESTIMENTOS PROTETORES .................................................................... 11 1.4.1 Revestimentos Metálicos ............................................................................. 11 1.4.2. Revestimentos Não-Metálicos Inorgânicos .............................................. 12 1.4.3. Revestimentos Orgânicos .......................................................................... 13 1.4.3.1. Tintas ...................................................................................................... 13 1.4.3.2. Polímeros ............................................................................................... 14 CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................................ 16 REFERÊNCIAS ........................................................................................................... 17 4 INTRODUÇÃO A corrosão é definida como a deterioração de um material, geralmente metálico, por ação física, química ou eletroquímica, sendo por esforços mecânicos ou atrelado ao ambiente. Atenta-se que a corrosão, ou deterioração, não ocorre somente em materiais metálicos, tal processo pode ocorrer em não metálicos, tais como, o concreto, a borracha, polímeros, a madeira, etc. A corrosão do cimento Portland, empregado ao concreto, é causada pela ação do sulfato; a perda da elasticidade da borracha é ocasionada pela oxidação por ozônio, e a madeira exposta à solução de ácidos perde sua resistência, devido à hidrólise da celulose. Tal deterioração leva a alterações indesejáveis do material, sendo, desgaste, transformação químicas ou modificações físicas, tornando o material inadequado para devido uso. A corrosão química é uma deterioração por um composto químico sobre determinado material, caracterizando o que chamamos de reação REDOX, dividindo em dois processos de corrosão: a oxidação e a corrosão. A oxidação é uma reação gás-metal, com uma formação de uma película de óxido, enquanto a corrosão propriamente dita, é o ataque do ambiente, sendo um processo eletroquímico espontâneo, que ocorre em meio aquoso. Já, na corrosão eletroquímica, quando um metal ou liga está em contato com um eletrólito, ocorre simultaneamente dois tipos de reações, as reações anódicas e as catódicas, onde, nas reações anódicas ocorre a oxidação e nas catódicas a redução, causando nesse caso, a deterioração de um determinado metal. Fortificando os conceitos de eletroquímica, dizemos que um eletrólito é qualquer meio que em sua composição possui íons dissolvidos que conduzem eletricidade. Enquanto, um eletrodo, é um condutor metálico. Seguindo fundamentos da Pilha de Daniell, a transferência dos elétrons da região anódica, região onde ocorre a oxidação, para a catódica, região em que 5 ocorre a redução, é feita por meio de um condutor metálico, e a transferência de ânions e cátions na solução fecha o circuito elétrico. Figura 1. Pilha eletroquímica. (GENTIL, 1996). 1.1. INIBIDORES DE CORROSÃO A fim de evitar a corrosão, deve-se sempre considerar variáveis dependentes do material metálico, a forma de emprego e do meio corrosivo. Com esse estudo, podemos diminuir a taxa de corrosão dos materiais metálicos, e os métodos práticos adotados podem ser citados da seguinte forma: • Métodos Baseados na Modificação do Processo • Métodos Baseados na Modificação do Meio Corrosivo • Métodos Baseados na Modificação do Metal • Métodos Baseados nos Revestimentos Protetores Em síntese, os métodos de combate à corrosão eletroquímica são descritos por utilização de ligas metálicas resistentes à corrosão, revestimentos protetores, inibidores de corrosão e proteção catódica e anódica. De todos esses métodos para obter o controle da corrosão, os chamados, inibidores de corrosão, são considerados um dos melhores métodos para proteção contra a corrosão. Esse inibidor é uma substância, que em certas concentrações, eliminam o desenvolvimento dessa deterioração. Os inibidores são divididos em composição e comportamento, têm-se então: Em estrutura: inibidores orgânicos e inorgânicos; 6 Em comportamento: oxidantes, não-oxidantes, catódicos, anódicos e de adsorção; Como as classificações dos inibidores orgânicos, inorgânicos, oxidantes e não- oxidantes são bem evidentes, daremos destaque aos inibidores anódicos, catódicos e de adsorção. 1.1.1. Inibidores anódicos Os inibidores anódicos reprimem as ações anódicas, ou seja, impedem a reação do ânodo. A reação ocasiona um filme aderente e insolúvel na superfície do metal, obtendo o que chamamos de polarização anódica. O processo de polarização é descrito como modificações no potencial do eletrodo resultante na polarização provocada pela mudança do valor potencial, ou seja, fazendo com que o potencial anódico desloca no sentido do catódico e vice-versa. Figura 2. Diagrama de polarização com ação de inibidor anódico. (A) sem inibidor (b) com inibidor. (GENTIL, 1996). Como exemplo de inibidoresanódicos, podemos citar os carbonatos, silicatos, boratos e fosfatos, pois formam produtos insolúveis com ação protetora quando reagem com íons metálicos Mn+. Tendo como exemplo os carbonatos, podemos descrever tal reação. CO3 2- +2 H2→2OH - + H2CO3 Continuando a reação, o íon OH- reage com o íon metálico Mn+, inicialmente formado na oxidação do anodo. Mn+ nOH- → M(OH)n 7 Os mais utilizados como inibidores anódicos estão os cromatos, que mesmo em concentrações baixas de cromato, presentes em águas ou soluções salinas, ocasiona uma redução na taxa de corrosão. O cromato possui um custo baixo e uma facilidade de aplicação, de controle e proteção, porém devido à poluição de despejos industriais, ele vem sendo substituído, e o argumento de substituição se consolida por ser uma substância tóxica e altamente oxidante, causando diversos problemas aos seres humanos. Tais problemas podemos citar sendo, dermatites, úlceras, alergias, perfuração do septo nasal, etc. Porém em soluções diluídas, como é feito no controle da corrosão, a devida segurança industrial é suficiente para impedir tais efeitos nocivos. 1.1.2. Inibidores catódicos Já estes inibidores, atuam reprimindo reações catódicas. Ao reagirem com a área catódica, produzem compostos insolúveis, que impedem o transporte do oxigênio e a condução de elétrons. Como exemplo de tais inibidores temos: sulfatos de zinco, de magnésio e de níquel, pois tais íons com as hidroxilas formam hidróxidos insolúveis: Zn(OH)2, Mg(OH)2 e Ni(OH)2, paralisando o processo de corrosão. Figura 3. Diagrama de polarização com ação de inibidor catódico. (a) sem inibidor (b) com inibidor. (GENTIL, 1996). Os inibidores catódicos são considerados os mais seguros, visto que, costuma- se fazer a combinação de inibidores anódicos e catódicos. Tal como exemplo, utiliza-se sais de zinco e polifosfatos em água de sistemas de refrigeração. 8 1.1.3. Inibidores de adsorção São películas protetoras, chegam a formar películas anódicas e catódicas que interferem toda reação eletroquímica. Como exemplo, podemos citar os coloides, sabões de metais pesados e substâncias orgânicas com átomos de oxigênio, nitrogênio ou enxofre, aldeídos, aminas, ureia, e tiouréia substituída. Em alguns casos, o oxigênio funciona como inibidor de adsorção, produzindo o que chamamos de passivação, sendo descrita como uma modificação do potencial de um eletrodo devido a formação de uma película de produto de corrosão. Como exemplo de passivação temos o cromo, níquel, titânico, aço inox, chumbo que se passiva em ácido sulfúrico, etc... 1.1.4. Utilização dos inibidores a) Decapagem ácida: tem como objetivo de remover carepas de laminação, óxidos e outros compostos originados pela corrosão. Essa reação traz alguns inconvenientes, como, o consumo excessivo do ácido, consumo do metal e a possibilidade de fragilização do metal por hidrogênio. Por isso, utiliza-se inibidores orgânicos, tais como, a tiouréia, derivados aminados e álcool propargílico. Para evitar também a fragilização do metal por hidrogênio, utiliza-se o propinol e o 2,3-diiodo-2-propr-en-1-ol, para evitar tal deterioração. b) Limpeza de caldeiras Figura 4. Inibidores orgânicos utilizados em decapagem ácida. (GENTIL, 1996). 9 Adiciona-se inibidores de ácido clorídrico, para solubilizar incrustações calcárias, com objetivo de evitar o ataque as tubulações pelo ácido, pois com a eliminação do carbonato de cálcio aderido nas paredes, temos a oxidação do ferro, então deve-se ao máximo evitar a possibilidade corrosiva do Fe. CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2 Seguidamente, Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 c) Indústria petrolífera O uso de inibidores na indústria petrolífera é larga escala, onde permitem o emprego de material metálico mais barato, consequentemente diminui-se o custo do equipamento construído. A seguir, podemos citar outros exemplos da utilização dos inibidores na indústria petrolífera: • Sistemas de refrigeração: tais como, polifosfatos, ácidos fosfino, fosfono, nitrito de sódio e cromato; • tubos condensadores: tubos de ligas de cobre são protegidos de sulfato ferroso (FeSO4); • tubulações de água potável: utilizando silicato de sódio, misturas de silicato e polifosfato; • polimento de metais: adiciona-se o propionato de ditio-bis-esterial para evitar a oxidação do metal polido; • proteção de cobre: utiliza-se 2-mercaptobenzotiazol em equipamentos industriais; • proteção de alumínio: é usado metassilicato de sódio em meios neutros e básicos. 1.2. PROTEÇÃO CATÓDICA A proteção catódica é uma técnica para o combate da corrosão de instalações metálicas submersas, enterradas e em contato com eletrólitos. É muito utilizada pela indústria petrolífera. A virtude dessa técnica se descreve por apresentar um controle seguro e que dura por tempo indeterminado, onde instalações submersas e enterradas não podem ser inspecionadas periodicamente, por exemplo, o revestimento de estruturas metálicas aéreas, há certa dificuldade pra inspecionar tais estruturas. A corrosão de estruturas 10 enterradas ou submersas se dá pelo aparecimento de áreas anódicas e catódicas, ocasionando um fluxo de corrente elétrica, da área anódica para a área catódica e esse fluxo segue pelo contato metálico dessas regiões. Como dita a corrosão eletroquímica, há um fluxo do eletrólito e do metal, então os cátions saem do ânodo ao mesmo tempo o fluxo de elétrons segue em direção do ânodo para o cátodo. Para evitar essa corrosão eletroquímica e efetuar a proteção catódica, elimina- se as áreas anódicas, afim de existir somente áreas catódicas, eliminando a corrosão. Em síntese, na proteção catódica um dos métodos utilizados tem-se o fundamento de proteger o metal a ser corroído conectando-o a um metal de sacrifício, atuando como ânodo. Como podemos ver na figura 5, apresentando dois polos catódicos, não há interação eletroquímica. Figura 5. Esquema do mecanismo de proteção catódica (GENTIL, 1996) 1.3. PROTEÇÃO ANÓDICA Esse método ocorre com a formação de uma película protetora por corrente anódica externa. Basicamente, usa-se a passivação anódica como proteção, pois possibilita uma polarização, ocorrendo imediatamente a passivação do metal. Dito isso, metais que tem a capacidade de se passivar, são compostos formadores de peliculares, tendo cada um, uma corrente necessária para ocorrer tal proteção. Com isso, é necessário o emprego de um instrumento que coordene uma corrente adequada para realizar esse método, afim de deixar na faixa do 11 potencial de passivação correta. Esse instrumento é chamado de potenciostato, que mantém automaticamente o potencial de passivação. A utilização dessa proteção é muito usada em reatores de sulfonação, tanques de armazenamento de ácido sulfúrico, onde esse método de proteção promete forte segurança contra meios corrosivos. 1.4. REVESTIMENTOS PROTETORES Os revestimentos protetores são películas aplicadas sobre a superfície do metal, para que não ocorra o contato da superfície com um meio corrosivo. O mecanismo principal se dá por barreira, onde protege-se por inibição anódica ou catódica. No quesito de qualidade, o tempo de proteção depende do tipo de revestimento utilizado, da sua espessura e da permeabilidade à passagem do eletrólito através da película. Onde, se a proteção acontece somente por barreira, assim que o eletrólito chegar a superfície metálica iniciará a deterioração, se houver, um mecanismo adicional, adicionando a inibição catódica ou anódica, haverá um tempo de proteção maior. 1.4.1 Revestimentos Metálicos Consiste na aplicação de uma película metálica entre o meio corrosivo e o metal de proteção. Os mecanismos de proteção podem ser: formação de produtos insolúveis, por barreira, porproteção catódica, entre outros. Os processos de revestimentos metálicos utilizados são: a) Cladização: por esse processo, os clads, que são obtidos por chapas de um metal, são usados para revestir e proteger outro metal. Os clads mais utilizados são os de aço inoxidável e titânio sobre aço carbono. b) Deposição por imersão a quente: através desse processo, tem-se a obtenção de superfícies com zinco e estanho. A famosa galvanização, é oriunda desse processo de imersão à quente, sendo um banho de zinco no material a ser revestido. c) Metalização: é o processo onde se deposita sobre uma superfície diversas camadas de metais. Funde-se o metal e o mesmo é pulverizado. Por metalização 12 são obtidos revestimentos com zinco, alumínio, chumbo, estanho, cobre e diversas ligas; d) Eletrodeposição: baseia-se na deposição de metais, que se encontram na forma iônica. A superfície a ser revestida é colocada no cátodo de uma célula eletrolítica. Por eletrodeposição é comum utilizar com cromo, níquel, ouro, prata, estanho e cádmio, para realizar o revestimento. e) Deposição química: consiste na deposição de metais por meio de um processo de redução química. Utiliza-se como metal de revestimento o cobre e o níquel, sendo denominados como cobre e níquel químicos. 1.4.2. Revestimentos Não-Metálicos Inorgânicos Consistem na colocação de uma película não-metálica inorgânica entre o meio corrosivo e o metal de proteção. Os mecanismos de proteção são por barreira e por inibição anódica. a) Anodização: consiste em tomar mais espessa a camada protetora passivante, onde o revestimento feito em alumínio, é um exemplo desse processo. b) Cromatização: consiste na reação da superfície metálica com soluções levemente ácidas contendo cromatos. Os cromatos passivantes fornecem a proteção da superfície do metal a ser protegido; c) Fosfatização: consiste na adição de uma camada de fosfatos à superfície metálica; d) Revestimento argamassa de cimento: consiste na colocação uma camada argamassa cimento, sobre superfície metálica. O revestimento interno com cimento é empregado em tubulações para transporte de água no geral. O revestimento com cimento e areia é uma opção adequada para o transporte de água salgada. 13 e) Revestimento com vidro: consiste em colocação uma camada sobre superfície camada e fundida em fornos apropriados. Consegue-se uma película de alta resistência química. f) Revestimento esmalte vítreo: consiste colocação uma camada esmalte fundida em fornos apropriados. g) Revestimento com material cerâmico: na colocação uma camada de material cerâmico, geralmente silicoso, de alta resistência a ácidos. Muito utilizado para o revestimento de pisos e canais de efluentes. 1.4.3. Revestimentos Orgânicos Consiste na aplicação de um composto orgânico entre o metal a ser protegido e o meio corrosivo. Divide-se os revestimentos orgânicos em tintas e polímeros. 1.4.3.1. Tintas Além de ser um revestimento protetor, oferece outros benefícios em paralelo, como: • finalidade estética; • sinalização; • identificação de fluidos em tubulações; • impermeabilização. A fim de facilitar a fabricação das tintas, controlar a viscosidade e ainda auxiliar na aplicação de tal revestimento, solventes são empregados, onde são substâncias puras, em sua maioria orgânicas. Na indústria de tintas, os solventes mais utilizados são: • Hidrocarbonetos alifáticos: nafta e aguarrás; • Hidrocarbonetos aromáticos: xileno e tolueno; • Ésteres: acetato de etila, acetato de butila e acetato de isoproprila • Álcoois: etanol, butanol, e álcool isopropílico; • Cetonas: acetona, metiletilcetona e cicloexanona; • Glicóis: etilenoglicol 14 Com o intuito de aplicar as tintas como revestimento, são utilizados os seguintes processos, imersão, aspersão, ou a rolo. 1.4.3.1.1. Imersão A imersão é dividida em dois processos, imersão simples e pintura eletroforética. a) Imersão simples: baseia-se no banho de tinta, onde mergulha-se a peça metálica na tinta. b) Pintura eletroforética: tem fundamentos da eletroforese, onde há uma migração de íons em um campo elétrico. As tintas são formuladas de maneira especial, afim de permitir uma polarização. Esse processo de revestimento, há uma atribuição de uma diferença de potencial entre a tinta e a peça mergulhada, onde a tinta é atraída para a peça. 1.4.3.1.2. Aspersão Usa-se equipamentos especiais e ar comprimido para aplicar a tinta em finos orifícios. Esse tipo de aplicação de tinta é divido em quatro processos: aspersão simples, a quente, sem ar e eletrostática. a) Aspersão simples: é a aplicação feita com uso de ar comprimido, utilizando, pistolas, um compressor, mangueiras e reservatórios; b) Aspersão a quente: a tinta é aquecida antes de realizar o procedimento de aplicação c) Aspersão sem ar: utiliza-se uma pistola de alta pressão hidráulica; d) Aspersão eletrostática: atribui-se um diferencial de potencial entre a peça e a tinta, fazendo que as partículas de tinta sejam atraídas para a peça. 1.4.3.1.3. Rolo A aplicação é feita em superfícies planas e áreas grandes, onde apresenta um ótimo rendimento de tinta. A desvantagem é a dificuldade de controlar a espessura da película aplicada. 1.4.3.2. Polímeros Por apresentarem peso reduzido, facilidade em transportar e instalação e a resistência a agentes corrosivos, os polímeros são muito utilizados na indústria, podemos citar os mais usados a seguir: • Politetrafluoretileno (PTFE) • Policlorotrifluoretileno 15 • Polietileno • Cloreto de polivinila (PVC) • Polipropileno Há certo destaque par ao cloreto de polivinila, o PVC, onde é bastante utilizado para tubulações de água potável e decapagem ácida. 16 CONSIDERAÇÕES FINAIS A fim de conclusão, os métodos de combate à corrosão são processos e técnicas muito utilizadas nas indústrias químicas, petrolíferas, mecânicas, entre outras. Nesse caso, a corrosão ocorre em diversos tipos de materiais, sejam metálicos ou não, e em alguns materiais que não apresentam uma resistência elevada. Juntamente, com a segurança industrial e com o estudo os processos corrosivos, previnem a deterioração de tubulações, fornos, caldeiras e máquinas, evitando diversos acidentes que podem atingir ao trabalhador, a indústria e a população em geral. 17 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: GENTIL, Vicente. Corrosão. 3º. ed. Rio de Janeiro - RJ: Editora LTC Livros Técnicos e Científicos S/A, 1996. ARAÚJO, G. M. de. “Segurança na armazenagem, manuseio e transporte de produtos perigosos; gerenciamento de emergência química.” Rio de Janeiro: Gerenciamento Verde, 2005. DUTRA, A.; NUNES, L. Proteção catódica – Técnica de combate à corrosão. 5ª ed. Rio de Janeiro: Interciência, 2011. GAMELLI, Enori. Corrosão de materiais metálicos e sua caracterização. Rio de Janeiro: LTC, 2001. MEIO E-BOOK: GERVARSIO, J. P. K. Proteção Catódica – Efeito Combate à Corrosão Eletroquímica. Disponível em: http://sulgas.usuarios.rdc.puc- rio.br/Prot_Catodica_Parte1.pdf. Acesso em 13 de março de 2022. http://sulgas.usuarios.rdc.puc-rio.br/Prot_Catodica_Parte1.pdf http://sulgas.usuarios.rdc.puc-rio.br/Prot_Catodica_Parte1.pdf
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