TRABALHO ULBRA CORROSÃO

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CENTRO UNIVERSITÁRIO LUTERANO DE MANAUS – CEULM/ULBRA
Comunidade Evangélica Luterana “São Paulo”
Credenciado pelo Decreto Presidencial de 26/03/2001-DOU 27/03/2001
 ADNELSON RIBEIRO BATISTA
 CIÊNCIA DOS MATERIAIS
 Oxidação e Corrosão
 Manaus-AM 
 2015
CENTRO UNIVERSITÁRIO LUTERANO DE MANAUS – CEULM/ULBRA
Comunidade Evangélica Luterana “São Paulo”
Credenciado pelo Decreto Presidencial de 26/03/2001-DOU 27/03/2001
 ADNELSON RIBEIRO BATISTA
 NOTA G1
Exercício solicitado pelo Professor João da disciplina: Ciência dos Materiais do curso: Engenharia Mecânica do Centro Universitário Luterano – CEULM / Ulbra Manaus, para obtenção de nota parcial de G1.
 Professor: João
 Manaus-AM 
 2015
 APRESENTAÇÃO
 O estudo a seguir dissertará sobre um dos grandes problemas, nas mais diversas atribuições da engenharia civil, mecânica e química, a corrosão e oxidação, neste, serão abordados os principais tipos ao longo dos anos e ações da engenharia para a redução destes problemas e desafios para os engenheiros. 
 
 
 DESENVOLVIMENTO
 Corrosão e Oxidação
 Em maior ou menor grau, a maioria dos materiais experimenta algum tipo de interação com um grande número de ambientes diversos. Com frequência, tais interações comprometem a utilidade de um material como resultado da deterioração das suas propriedades mecânicas (por exemplo, ductilidade e resistência), de outras propriedades físicas, ou da sua aparência. Ocasionalmente, para o pesar de um engenheiro de projetos, o comportamento de degradação de um material para uma dada aplicação é ignorado, com consequências adversas. Os mecanismos de deterioração são diferentes para os três diferentes tipos de materiais. pela formação de uma incrustação ou película de material não metálico (oxidação)(Willian D. Callister Jr, ciência e engenharia dos materiais LTC). Os problemas de corrosão e oxidação aparecem nas mais variadas atividades, sendo conhecidos diversos casos na indústria petroquímica, naval, química, construção civil, automobilística, nos meios de transporte, em todas as etapas do sistema elétrico, em telecomunicações, em odontologia, obras de arte, monumentos históricos, etc. 
 
 Corrosão
 Nos metais, existe uma perda efetiva de material, seja ela por dissolução. Os materiais cerâmicos são relativamente resistentes à deterioração, que ocorre geralmente a temperaturas elevadas ou em meio a ambientes considerados extremos; com frequência, o processo também é chamado de corrosão (Willian D. Callister Jr, ciência e engenharia dos materiais LTC). Corrosão é a deterioração de um material metálico, pela sua interação química ou eletroquímica.
 Tipos de Corrosão
Ataque uniforme - O ataque uniforme é uma forma de corrosão eletroquímica que ocorre com intensidade equivalente ao longo da totalidade de uma superfície exposta, frequentemente deixando para trás uma incrustação ou um depósito (Willian D. Callister Jr, ciência e engenharia dos materiais LTC). Em sentido microscópico, as reações de oxidação e de redução ocorrem aleatoriamente ao longo de toda a superfície. Alguns exemplos familiares incluem a ferrugem no aço e no ferro em geral, bem como o escurecimento e a perda de brilho em pratarias. Essa é provavelmente a forma mais comum de corrosão. E ela é também a que é menos questionada e discutida, uma vez que pode ser prevista, estimada e levada em consideração com relativa facilidade durante a fase de projetos.
 
 Corrosão uniforme em chapa de aço-carbono
Corrosão galvânica - Ocorre quando dois metais ou ligas que possuem composições diferentes são acoplados eletricamente, ao mesmo tempo em que são expostos a um eletrólito. O metal menos nobre, ou mais reativo, naquele ambiente específico irá experimentar a corrosão; o metal mais inerte, o catodo, estará protegido contra a corrosão (Willian D. Callister Jr, ciência e engenharia dos materiais LTC). Por exemplo, parafusos de aço se corroem quando entram em contato com o latão em um ambiente marinho; ou se tubulações de cobre e de aço são unidas em um aquecedor de água doméstico, o aço será corroído na vizinhança da junção entre os tubos. 
 
 Típica corrosão galvânica entre ferro e latão
Corrosão em frestas - A corrosão eletroquímica também pode ocorrer como consequência de diferenças na concentração dos íons ou dos gases que estão dissolvidos na solução eletrolítica, e entre duas regiões da mesma peça metálica (Willian D. Callister Jr, ciência e engenharia dos materiais LTC). Um bom exemplo desse tipo de corrosão ocorre em fendas e recessos, ou sob depósitos de sujeira ou de produtos de corrosão, onde a solução se torna estagnada e existe uma exaustão localizada do oxigênio dissolvido.
 
 Tela encostada na peça acumulou água e proporcionou a corrosão por frestas.
Corrosão por pites - A corrosão por pites é outra forma muito localizada de ataque por corrosão, onde pequenos pites ou buracos se formam no material (Willian D. Callister Jr, ciência e engenharia dos materiais LTC). Normalmente, eles penetram para o interior do material a partir do topo de uma superfície horizontal, segundo uma direção praticamente vertical. Esse é um tipo de corrosão extremamente traiçoeiro, que fica frequentemente sem ser detectado e que apresenta perda de material muito pequena até a ocorrência da falha. O mecanismo para a corrosão por pites é provavelmente o mesmo da corrosão em frestas, no sentido em que a oxidação ocorre no interior do próprio pite, com uma redução complementar na superfície.
 
 Corrosão por pite
Corrosão Intergranular - Como o próprio nome sugere, a corrosão Intergranular ocorre preferencialmente ao longo dos contornos de grãos para algumas ligas e em ambientes específicos (Willian D. Callister Jr, ciência e engenharia dos materiais LTC). O resultado final é que uma amostra macroscópica se desintegra ao longo dos seus contornos de grãos. Esse tipo de corrosão prevalece principalmente em alguns tipos de aços inoxidáveis. Quando aquecidas a temperaturas entre 500 e 800°C (950 e 1450°F) por períodos de tempo suficientemente longos, essas ligas se tornam sensíveis a um ataque intergranular. Acredita-se que esse tratamento térmico permita a formação de pequenas partículas de precipitado de carbeto de cromo (Cr23C6), através da reação entre o cromo e o carbono no aço inoxidável. Essas partículas se formam ao longo dos contornos de grãos.
 Processo de aspersão térmica
Erosão-corrosão - A erosão-corrosão surge da ação combinada de um ataque químico e da abrasão mecânica, ou desgaste, como uma consequência do movimento de um fluido (Willian D. Callister Jr, ciência e engenharia dos materiais LTC). Virtualmente, todas as ligas metálicas, em maior ou menor grau, são suscetíveis à erosão-corrosão. Ela é especialmente prejudicial para as ligas que são passivadas pela formação de uma película superficial de proteção; a ação abrasivapode causar uma erosão dessa película, deixando exposta a superfície nua do metal. Se o revestimento não for capaz de se refazer continuamente e rapidamente para recompor uma barreira protetora, a corrosão pode ser severa. Metais relativamente moles, como o cobre e o chumbo, também são sensíveis a essa forma de ataque. Geralmente, esse tipo de ataque pode ser identificado pela presença de ranhuras de superfície e de ondulações com contornos, características do escoamento de um fluido.
 
 Erosão corrosão nos lados frontais do rotor
Corrosão sobtensão - A corrosão sobtensão, algumas vezes chamada de trincamento devido à corrosão sobtensão, resulta da ação combinada de uma tensão de tração que é aplicada e de um ambiente corrosivo; ambas as influências são necessárias (Willian D. Callister Jr, ciência e engenharia dos materiais LTC). De fato, alguns materiais que são virtualmente inertes em um meio particularmente corrosivo se tornam suscetíveis a essa forma de corrosão quando uma tensão é aplicada. Pequenas trincas se formam e então se propagam em uma direção perpendicular à tensão, com o resultado de que por fim uma falha poderá ocorrer. Por exemplo, a maioria dos aços inoxidáveis sofre corrosão sobtensão em soluções que contêm os íons cloreto, enquanto os latões são especialmente vulneráveis quando ficam expostos à amônia.
 
 Corrosão sob Tensão 
Fragilizações por hidrogênio - Várias ligas metálicas, especificamente alguns aços, experimentam uma redução significativa na sua ductilidade e no seu limite de resistência à tração quando o hidrogênio atômico (H) penetra no interior do material (Willian D. Callister Jr, ciência e engenharia dos materiais LTC). Em termos objetivos, a fragilização por hidrogênio é um tipo de falha; em resposta à aplicação de tensões de tração ou a tensões de tração residuais, uma fratura frágil ocorre de maneira catastrófica, na medida em que as trincas crescem e se propagam rapidamente.
 
 Mecanismo de corrosão H2S proposta Em Fe
Lixivia seletiva - é encontrada em ligas de solução sólida e ocorre quando um elemento ou constituinte é removido preferencialmente como consequência de processos de corrosão (Willian D. Callister Jr, ciência e engenharia dos materiais LTC)o. O exemplo mais comum de lixívia seletiva é a remoção do zinco no latão, onde o zinco é lixiviado seletivamente de uma liga de latão cobre-zinco. As propriedades mecânicas da liga são comprometidas de maneira significativa, uma vez que somente uma massa porosa de cobre permanece na região onde houve a remoção do zinco. Além disso, o material mudo de uma coloração amarelada para uma coloração avermelhada ou acobreada. A lixiviação seletiva também pode ocorrer com outros sistemas de ligas onde o alumínio, o ferro, o cobalto, o cromo e outros elementos sejam vulneráveis a uma remoção preferencial.
 
 Lixívia seletiva
Corrosão com cavitação - Este é um processo que ocorre devido ao desgaste provocado em uma superfície metálica causada, por ondas de choque no líquido, formadas a partir de bolhas de gás produzidas, por ebulição, geralmente à baixa pressão. (GENTIL,1987; CHIAVERINI,1987). Ocorre nos sistemas de movimento como as pás de bombas centrífugas, ou em vibrações em camisas de fluídos refrigerantes dos motores.
 
 Corrosão por Cavitação
 A corrosão metálica pode ser classificada conforme a Tabela:
 
 
 Oxidação
 
 A oxidação representa a reação química direta entre o metal e o oxigênio atmosférico (Willian D. Callister Jr, ciência e engenharia dos materiais LTC). Existem vários mecanismos para a formação de camadas de óxido sobre os metais. Cada um se distingue por um tipo específico de difusão através da interface. Além disso, a oxidação das ligas metálicas também pode ocorrer em atmosferas gasosas, normalmente em presença de ar, onde uma camada de oxido, ou incrustação, se forma sobre a superfície do metal. Esse fenômeno é chamado com frequência de incrustação, deslustre ou corrosão seca. Nesta seção, serão discutidos os possíveis mecanismos para esse tipo de corrosão, os tipos de camadas de óxidos que podem se formar, e a cinética da formação dos óxidos. 
 
 Mecanismos de oxidação
 Geralmente, ligas e metais formam óxidos estáveis quando expostos ao ar e temperatura elevada, sendo o ouro uma exceção apreciada. Para alguns, essa camada que se forma é uma limitação para sua aplicação e, engenharia. Mecanismos para um metal bivalente:
Exemplo:
 Al + O2→ Al2O3
 Esta reação consiste de duas semi-reações que ocorrem na interface metal atmosfera (gás).
 M(s) →M2+ + 2e-
 2e- +1/2 O2 → O2-
 Inicialmente o O2 molecular é absorvido pela superfície metálica onde se dissocia segundo:
 O2(g) →2O
 O + 2e- →O2-
 O metal continua a se ionizar na superfície metálica e M2+ w elétrons se difundem através da camada de óxido e ionizam o O2 e íons O2- se difundem na direção oposta. Assim a camada serve como eletrólito através do qual os íons se difundem e como circuito elétrico para a passagem de elétrons. Com o aumento da camada de óxido, a difusão de íons através dela é dificultada e a velocidade de crescimento diminui. Posteriormente, a camada deve proteger o metal de rápida oxidação quando atua como barreira para a difusão iônica e/ou condução elétrica. A maioria dos óxidos metálicos são altamente isolantes elétricos. A velocidade de crescimento da camada é função do metal, da temperatura e da natureza do óxido. Em temperaturas normais, o crescimento pára virtualmente antes de a espessura MO atingir 1nm.
Taxa de oxidação – A taxa de oxidação (isto é, a taxa de aumento da espessura da película) e a tendência da película para proteger o metal contra uma oxidação adicional estão relacionadas aos volumes relativos do oxido e do metal (Willian D. Callister Jr, ciência e engenharia dos materiais LTC). A razão entre esses volumes, chamada de razão de Pilling-Bedworth, pode ser determinada a partir da seguinte expressão: 
 P-B= =
onde Ao representa o peso molecular (ou peso-fórmula) do oxido, AM é o peso atômico do metal, e p0 e f^ são, respectivamente, as densidades do oxido e do metal. Para os metais que possuem razões P-B menores do que a unidade, a película de oxido tende a ser porosa e não protetora, pois ela é insuficiente para cobrir a totalidade da superfície metálica. Se esta razão for maior do que a unidade, resultam tensões de compressão na película à medida que ela se forma.
 
 Representação da oxidação gasosa
Cinética da oxidação - Uma das principais preocupações em relação à oxidação de um metal é a taxa segundo a qual a reação se processa (Willian D. Callister Jr, ciência e engenharia dos materiais LTC). Uma vez que o produto da reação de formação de uma incrustação de oxido normalmente permanece sobre a superfície, a taxa da reação pode ser determinada medindo-se o ganho de peso por unidade de área em função do tempo.
 = Kt1 + K2
Onde, a uma dada temperatura, Kl e K2 são constantes independentes do tempo. Na oxidação de metais em que a incrustação é porosa ou se desfolha (isto é, para razões P-B menores do que aproximadamente 1 ou maiores do que aproximadamente 2), a expressão para a taxa deoxidação é linear:
 W = K3t 
Onde K3 é uma constante. Sob essas circunstâncias, o oxigênio está sempre disponível para a reação com uma superfície metálica não protegida, pois o oxido não atua como uma barreira à reação. O sódio, o potássio e o tântalo se oxidam de acordo com essa expressão para a taxa de reação e, incidentalmente, possuem razões P-B significativamente diferentes da unidade (ver a Tabela).
 
Foi observada ainda uma terceira lei para a taxa de reação para camadas de oxido muito finas com espessuras geralmente inferiores a 100 nm (1000 À) que se formam a temperaturas relativamente baixas. A dependência do ganho de peso em relação ao tempo é logarítmica e assume a forma: Novamente, os K representam valores constantes.
 W = K4 . Log ( k5t + k6 )
 Ações e medidas da engenharia para evitar corrosão e oxidação
 Prevenção 
 A melhor forma de se prevenir contra a corrosão é escolher bem o material a ser utilizado no meio corrosivo em questão, e elaboração consciente do projeto, destacam-se sete maneiras de prevenção que podem ser usadas simultaneamente em um mesmo equipamento (CARBÓ,2001).
- Projeto, especificação e processo de construção.
- Modificação do meio corrosivo
- Emprego de inibidores (orgânicos ou alguns sais).
- Purificação de metais e adição de elementos-liga.
- Emprego da proteção catódica
- Proteção anódica.
- Aplicação de revestimentos protetores.
 
 Modificação do meio corrosivo
 Retirando-se agentes agressivos, ou adicionando-se substâncias que reajam e eliminem estes agentes, um determinado meio pode se tornar menos agressivo. Os principais processos de modificação do meio serão mostrados a seguir:(GENTIL,1984).
Remoção de Impurezas –. A amônia, em presença de oxigênio ataca o cobre, formando complexos prontamente solúveis. (GENTIL,1984).
Desaeração e Desativação – A eliminação do oxigênio das soluções aquosas reduzirá a corrosão, e sua eliminação é feita por Desaeração ou por desativação. (GENTIL,1984). A desativação é feita por processos químicos, empregando-se reagentes químicos adequados. Podem ser: uso de sucata, hidrazina, sulfeto de sódio (GENTIL,1984).
Desumidificação e Purificação de Atmosferas – Consiste na redução do teor de umidade do ar tornando-se desprezível a quantidade de água que poderia se condensar sobre a superfície metálica; a filtragem das partículas sólidas e absorção de constituintes corrosivos da atmosfera tendem a reduzir a corrosão. (GENTIL,1984).
Controle da Temperatura - O controle das condições de aquecimento, reduzindo o gradiente de temperatura, mudando o dimensionamento de certos equipamentos, ajudará a reduzir o ataque do meio corrosivo. (GENTIL,1984).
Controle do pH - Neutralização - O controle do pH das soluções em contato com metais reduz o ataque corrosivo. Os neutralizadores mais usados são a barrilha (carbonato de sódio), soda cáustica (hidróxido de sódio), amônia, cal, trietanolamina, entre outros. (GENTIL,1984).
Velocidade de Escoamento em Processos Químicos - Onde se espera esta corrosão, como nos aços inoxidáveis em contato com água salgada, especifica-se velocidades de escoamento superiores a 3 m/s. (GENTIL,1984).
Partidas e Paradas em Processamentos Químicos - Durante a operação normal de um processamento químico, muitos problemas de corrosão só aparecem, nas paradas e partidas do processo. Decorrentes dos seguintes fatores: (GENTIL,1984).
 
 Máquina de sopro do tiro da superfície de metal
 Inibidores de corrosão
 Os inibidores de corrosão são substâncias que realmente diminuem a velocidade de corrosão de um metal quando adicionadas, em pequenas quantidades, a um meio corrosivo. Os inibidores são classificados de diferentes maneiras: (GENTIL,1984).
- Pelo mecanismo de sua ação (catódicos ou anódicos);
- Pela sua composição (orgânicos ou inorgânicos) 
- Pela forma (solução, dispersão ou volátil). (GENTIL,1984).
- Orgânicos.
- Inorgânicos.
 
 Inibidor de corrosão
 
 O uso de metais e ligas resistentes à corrosão
 Ao se especificar um metal para se usar em um meio corrosivo, a primeira ideia é de se usar metais nobres como ouro, platina e prata, mas devido à escassez e elevado custo, torna-se inviável o uso desses materiais apesar da elevada resistência à corrosão que oferecem. Optar por uma liga que tenha razoável resistência à corrosão se torna uma opção econômica. (GENTIL,1984;SILVA,1988).
 
 
 Purificação dos metais
 Metais puros são mais resistentes á corrosão que os impuros, as impurezas diminuem consideravelmente a resistência dos metais aos ataques do meio corrosivo. Impurezas em pequenas quantidades no alumínio, como 0,02% de ferro e 0,005% de níquel, diminuem de 100 a 500 vezes a resistência do metal puro, em solução de cloreto de magnésio. (GENTIL,1984;SILVA,1988). Um dos métodos eficazes e econômicos de se purificar metais é através da Eletrólise. A eletrólise ocorre em células eletrolíticas, com dois eletrodos ligados aos terminais de um gerador de corrente contínua. 
 
 Eletrólise
 Adição de elementos-liga
 Aumenta-se a resistência à corrosão da maioria dos metais comerciais ligando-os a elementos convenientes; a liga obtida deve ser completamente homogênea, o que requer que os elementos constituintes das ligas sejam miscíveis em proporções convenientes entre si.
 
 
 Proteção catódica
 Proteção catódica é o método de prevenir ou evitar a corrosão de um metal em uma solução eletrolítica tornando-o catódico pela aplicação de uma corrente externa. É, pois, o processo mais seguro contra a corrosão, mas só se aplica para a corrosão eletroquímica, exigindo, pois, contato da peça a ser protegida com o meio agressivo (GENTIL 1984).
 
 Proteção Catódica Offshore
 Uso de ânodos de sacrifício
 
 Consiste em ligar a peça ou estrutura, através de um fio condutor, a outra peça metálica de material menos nobre que a estrutura, obtendo-se assim uma pilha galvânica, onde o meio corrosivo fecha o circuito. Nesta pilha, o ânodo consumido, dissolve-se, enquanto a peça que é o cátodo neste circuito fica protegida. A corrente emitida pelo ânodo é conduzida pelo eletrólito (meio corrosivo), penetra na peça bloqueando as correntes de corrosão e fecha o circuito através do condutor metálico. (GENTIL,1984;SILVA,1988).
 
 zinco anodo de sacrifício
 Proteção anódica
 Aplicando-se uma corrente anódica em uma estrutura o metal forma uma camada protetora de duração indefinida, induzindo a um estado passivo. A proteção anódica é aplicada somente para meios corrosivos eletrolíticos (soluções em geral), devendo-se manter o potencial passivo em todas as partes do material expostas ao meio corrosivo. Aplicada, assegura uma proteção por tempo indefinido, porém, o controle do potencial da corrente mantém-se rigidamente, para não passar do estado passivo para o transpassivo. (GENTIL,1984;SILVA,1988).
 
 Reação anódicaUso de revestimentos protetores
 Para se prevenir e evitar a corrosão de uma peça, aplicar um revestimento é bastante importante, pois atendem uma série de finalidades muito diferente entre si. (GENTIL, 1984;SILVA,1988). Os revestimentos protetores mais usados são: Esmalte de piche de carvão mineral, Esmalte de asfalto de petróleo, Fitas plásticas de PVC, polietileno ou poliéster e tintas betuminosas a base de epoxi e revestimento com espuma rígida de poliuretano.
 
 Revestimento ante corrosão e oxidação
 
 CONCLUSÃO
 Este estudo foi importante, pois permitiu um melhor conhecimento dos principais tipos de corrosão e oxidação e também a grande preocupação da engenharia e avanços, ao longo dos anos para reduzir esses índices que afetam materiais, estruturas e sistemas e, garantindo melhor qualidade dos produtos e serviços.
 
BIBLIOGRAFIA
- CALLISTER JR., W. D. Ciência e engenharia dos materiais. 4. Ed.New York: J. Wiley & Sons, 1997. Tradução LTC
- GENTIL V. Corrosão. Ed. Guanabara, 1987. 
- www.google.com/CORROSÃO E OXIDAÇÃO ( ilustrações ).