Apresentacao 5

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CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
Professor: DSc. William Gonçalves Vieira
Engenheiro químico graduado na UFRJ em 1978
Especialização na Petrobras – CENPEQ em 1979
Mestrado na UEM em 1998
Doutorado na UNICAMP em 2002
Engenharia Química – CTEC/UFAL
APRESENTAÇÃO 5
1
EFEITO DA TEMPERATURA NA APLICAÇÃO DOS METAIS
Comportamento dos metais em altas temperaturas
OBS.: Tanto altas quanto baixas temperaturas requerem atenção especial em projetos e inspeções de equipamentos de processo.
De modo geral a elevação da temperatura provoca redução na resistência mecânica dos metais, podendo haver alterações de estrutura metalúrgica com conseqüente redução da resistência à corrosão. Uma solução para os problemas decorrentes de altas temperaturas seria o aumento da espessura.
A figura a seguir apresenta curvas de limite de resistência mecânica em função da temperatura de alguns materiais metálicos. Entretanto, um problema mais grave ocorre em situações de tempo prolongado em alta temperatura, tornando os ensaios de curta duração não significativos, é quando ocorre o fenômeno da fluência, que é uma deformação permanente, lenta e progressiva, que ocorre nos metais e suas ligas. Ela se manifesta a partir de uma certa temperatura, sendo variável de metal para metal, podendo ser aproximada para 0,3x Tfusão.
Curva de limites de resistência mecânica versus temperatura para diversos metais
Exemplos de temperatura de início de fluência:
alumínio e ligas: 205C;
titânio e ligas: 315C;
aço-carbono e aços de baixa liga: 370C;
chumbo: temperatura ambiente.
Para um mesmo material as deformações por fluência serão tanto maiores e mais rápidas, quanto mais altas forem as tensões no material ou quanto mais elevada for a temperatura.
Condições anormais de temperatura podem ocorrer e devem ser consideradas as suas conseqüências:
- incêndio, no próprio equipamento ou em suas proximidades;
- falhas operacionais: erros de operação, falhas de instrumentos, falta de vazão, etc.
Comportamento dos metais em baixas temperaturas
Os metais apresentam a características de quebradiços quando submetidos mesmo em pequenos esforços à baixa temperatura, ficando sujeitos à ruptura repentina denominada fratura frágil.
Essas fraturas absorvem pouca energia e se propagam em altas velocidades, tornando-se freqüentemente catastrófica.
Aços-carbono
Define-se aço-carbono como sendo uma liga de ferro e carbono. Em aços empregados em equipamentos de processo, a quantidade máxima de carbono é de 0,35% (normalmente 0,2%). É um material de uso geral nos equipamentos de processo, exceto quando há alguma proibição, como corrosão, etc.
Uma mesma peça feita em diversos materiais, todas dimensionadas para os mesmos esforços, a peça mais barata será feita de aço-carbono, sendo por isso aplicado em linhas de água, vapor de baixa pressão, ar comprimido, condensado e demais fluidos pouco corrosivos.
Aumento da quantidade de carbono provoca aumento na dureza, no limite de resistência e no limite de escoamento e redução na ductilidade, entretanto produz prejuízo para a soldabilidade.
adição de manganês: produz aumento na dureza e na resistência mecânica, com pouco prejuízo para a soldabilidade, podendo chegar até 1,6% em peso;
enxofre e fósforo são impurezas porque prejudicam a qualidade do aço, aumentando sua fragilidade;
adição de cobre: melhora a resistência à corrosão;
adição de silício e de alumínio produz a desoxidação do aço no processo metalúrgico. Desoxidar um aço é reagir com o oxigênio e remover as bolhas de gás que se formam na massa do metal em fusão, o que produz três tipos de aço: 
totalmente desoxidados, chamados acalmados; 
2) parcialmente desoxidados, chamados de semi-acalmados, com quantidade de Si e Al insuficientes para a desoxidação total; 
3) não desoxidados, ou efervescentes, não sendo adicionado qualquer elemento desoxidante.
O ferro está próximo da extremidade anódica na serie galvânica, sendo por isso de difícil proteção catódica ou por passivação.
A presença de agentes poluidores na atmosfera, como o SO2 e o SO3, resultantes da queima de combustíveis fósseis agravam a corrosão.
A presença de CO2 dissolvido em água ou condensado produz aumento na corrosão devido formação do H2CO3.
Aplicações Diversas recomendações são concluídas, devendo-se estudar caso a caso a combinação desses muitos parâmetros:
limites de temperaturas:
partes sujeitas a esforços principais, serviço contínuo: 450C;
partes secundárias, serviços contínuos: 480C;
temperatura máxima por curta duração, sem esforço mecânico: 520C;
para temperaturas acima de 400C: aços totalmente acalmados com silício;
para baixas temperaturas até -45C: recomenda-se o uso de aço com alto teor de manganês;
para temperaturas abaixo de -45C: não empregar aço-carbono.
usos com hidrocarbonetos: deve ser avaliada a presença de compostos de enxofre como impurezas, limitando seu uso entre 280C e 400C. Em temperaturas altas também há formação de coque na superfície do metal, que o protege da corrosão.
usos com soda cáustica e outros meios alcalino (vide figura a seguir)
Região I - uso permitido, sem maiores precauções;
Região II - uso permitido, sendo necessário alívio de tensões em todas as soldas e regiões submetida a deformação a frio (calandragem, etc.);
Região III -uso não permitido 
uso de aço-carbono com soda cáustica
usos com ácido sulfúrico: pode ser usado para serviços em temperatura ambiente, com ácido sulfúrico concentrado, para velocidades até 1,0 m / s, havendo um forte aumento da taxa de corrosão com a diluição do ácido ou aumento de temperatura. Lembrar que o ácido sulfúrico é higroscópico e, por isso, o ambiente acima do nível líquido deve ser mantido seco.
usos com cloro: pode ser usado até 100C, desde que não exista umidade.
usos com cloretos: não se utiliza com água do mar.
Exercício: responda a seguinte questão: o aço-carbono pode ser utilizado em aplicações diretas em contato com o solo?
Resposta: não. Nesse caso haveria corrosão uniforme e alveolar devido umidade, pH fora da faixa neutra, muita aeração do solo, baixa resistividade e presença de bactérias e poluente. Usar revestimento protetor.
Especificações comerciais: (vide Tabela a seguir):
Ordem crescente de preços: A-283, A-36, A-285, A-515 Gr 55 a 70 e A-516 Gr 55.
Questões sobre o capítulo:
Por que o aço-carbono é o material de uso geral para fabricação de equipamentos de processo? Quando ele não é utilizado?
Qual a composição média dos aços-carbono?
Que tipo de ligação química existe entre o ferro e o carbono?
Quais os limites de temperatura para aplicação do aço-carbono?
Final da 5ª. apresentação