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MÉTODOS DE PROTEÇÃO CONTRA CORROSÃO Tópicos de aula Modificações de processo, metal e projeto. Inibidores de corrosão. Revestimentos protetores. Revestimento metálico. Revestimento não metálico. Proteção catódica. Proteção anódica. Os materiais metálicos podem ter resistência própria à corrosão ou tê-la ampliada pela utilização dos métodos ou técnicas de proteção anticorrosiva. A tecnologia hoje existente permite a utilização dos materiais em praticamente todos os meios corrosivos com a durabilidade dentro da extensão desejada. Proteção contra corrosão Combate à Corrosão No estudo de processos corrosivos, devem ser consideradas em conjunto as seguintes variáveis: Material metálico Forma de emprego Meio corrosivo Alerta!! Preferência por posturas preventivas e não corretivas. Combate à Corrosão A corrosão envolve a reação do metal com o seu meio e, portanto, pode ser inibida por interferências no meio e/ou no metal, como: – Ausência de H2O: elimina as reações catódicas e, portanto, a corrosão dos metais; – Aumento da resistividade do eletrólito: dificulta a circulação da corrente iônica e, portanto, diminui a velocidade de corrosão; – Formação/aplicação de uma camada protetora na interface metal-meio, retardando o processo corrosivo; – Alteração do potencial de eletrodo. Métodos de combate à corrosão Modificações de processo, metal e projeto Emprego de inibidores de corrosão Proteções catódica e anódica Revestimentos protetores metálicos e não metálicos Métodos de Proteção Modificações de processo, metal e projeto O controle da corrosão deve ter início na etapa de projeto, de forma a garantir uma forma eficiente e econômica de prevenir processos corrosivos. – Superdimensionar a espessura das diferentes partes dos materiais, tendo conhecimento prévio do tipo e intensidade de corrosão esperados; – Evitar cantos vivos onde películas protetoras de tintas possam romper-se mais facilmente; – Usar os metais mais resistentes à corrosão, dentro das limitações de emprego e custo; – Estabelecer condições de relação de área anódica/área catódica para valores maiores do que um. Modificações de processo, metal e projeto – Usar soldas bem acabadas e contínuas e aliviadas de tensões; Modificações de processo, metal e projeto – Não formar ângulos fechados e estrangulamentos desnecessários nas tubulações, a fim de evitar turbulência e ação erosiva do meio, como impingimento e cavitação; Modificações de processo, metal e projeto – Evitar contatos diretos de materiais metálicos de potenciais diversos Modificações de processo, metal e projeto – Facilitar a completa drenagem dos líquidos, evitando áreas de estaganação de água e soluções corrosivas Interferência no metal/liga – Escolha do metal/liga adequado ao uso, envolve considerações sobre: Propriedades físicas e mecânicas necessárias; Disponibilidade; Custos. – Melhora da resistência do metal/liga através de: Modificação da composição: introdução de elementos de liga ou refino; Tratamentos térmicos; Alteração da condição superficial: polimento, decapagem. Modificações de processo, metal e projeto Seleção de ligas e elementos de ligas: – Meio oxidante: forma camada protetora de óxidos Aço inoxidável Titânio Alumínio – Meio ácido: Mo (2 a 4%) em aço inoxidável Si (14%) em ferro fundido Mg em HF forma MgF2 (insolúvel) Pb em H2SO4 forma PbSO4 – Meio básico (alcalino): São recomendados o uso de Mg, Ag e Ni Evitar o emprego de Al, Zn, Pb e Sn (formam sais solúveis) Adição de 2% de Cu em aço - redução da taxa de corrosão Modificações de processo, metal e projeto Métodos de combate à corrosão Modificações de processo, metal e projeto Emprego de inibidores de corrosão Proteções catódica e anódica Revestimentos protetores metálicos e não metálicos Métodos de Proteção Interferência no Meio Corrosivo Controle através de interferência no meio: – Remoção de constituintes que facilitam a corrosão: sais, oxigênio, água, íons H+; – Diminuição da velocidade do meio corrosivo; – Dificultando o acesso de água ou umidade à superfície metálica; – Adição de inibidores de corrosão. Frasco da esquerda: lã de aço e papel impregnado com inibidor de corrosão em fase vapor. Inibidores de Corrosão Frasco da direita: lã de aço sem inibidor de corrosão. Inibidores de Corrosão Substâncias ou mistura de substâncias capazes de reduzir ou eliminar a corrosão. Aspectos a serem considerados na sua utilização: Causas da corrosão do sistema (escolha do inibidor adequado); Custo da sua utilização (viabilidade do uso); Propriedades e mecanismos de ação (avaliar compatibilidade com o processo e o material metálico); Condições adequadas de adição e controle (efeitos tóxicos, formação de espumas e depósitos, ação poluente, reações indesejáveis). Classificação. Quanto à composição: orgânicos e inorgânicos. Quanto ao comportamento: oxidantes, não-oxidantes, anódicos, catódicos e mistos. Inibidores de Corrosão Inibidores anódicos: – Modificam o potencial para um valor mais catódico, mais nobre (polarização anódica). – Hidróxidos (OH-), carbonatos (CO3 2-), cromatos (CrO4 2-), silicatos (SiO3 2-) e fosfatos (PO4 3-). – Atuam reprimindo a reação do anodo (corrosão), através da reação com o produto de corrosão (Mn+), formando um filme insolúvel e aderente na superfície do metal (polarização anódica). CO3 2- + 2H2O 2OH - + H2CO3 Mn+ + nOH- M(OH)n Inibidores de Corrosão Inibidores anódicos. – Concentração crítica. Acima: inibição. Abaixo: protetor não se forma em toda a extensão do metal e pode haver a ocorrência de corrosão localizada (prejudicada pela presença de Cl-). – Uso combinado de inibidores. Melhora na eficiência em relação a soma das contribuições individuais (ação sinergética). Exemplos: cromato-polifosfato; cromato-polifosfato-sal de Zn. – Classificação: Anódicos, oxidantes e inorgânicos. Inibidores de Corrosão Diagrama de polarização: ação de inibidor anódico Inibidores de Corrosão Inibidores catódicos. – Atuam reprimindo reações catódicas (polarização catódica): Deposição de um filme sobre a superfície metálica, dificultando a difusão do oxigênio (redução) e a condução de elétrons. Sulfatos de Zn, Mg e Ni: seus íons - Zn2+, Mg2+, Ni2+ - reagem com OH-, formando Zn(OH)2, Mg(OH)2, Ni(OH)2 (insolúvei Mais seguros: como o metal não entra em solução, mesmo que o catodo não esteja totalmente coberto, não haverá corrosão localizada, em qualquer concentração. Inibidores de Corrosão Diagrama de polarização: ação de inibidor catódico Métodos de combate à corrosão Modificações de processo, metal e projeto Emprego de inibidores de corrosão Proteções catódica e anódica Revestimentos protetores metálicos e não metálicos Métodos de Proteção Limpeza e Preparo de Superfícies OBJETIVOS Remover impurezas da superfície, que possam provocar falhas no revestimento aplicado. Promover aderência do revestimento ao substrato. Limpeza e Preparo de Superfícies Limpeza com solventes: – Desengraxamento alcalino (detergência): remove impurezas (filmes e agregados) através da emulsificação/solubilização(não há reação). – Solubilização: remoção de impurezas por meio de solventes. – Principais tipos de solventes industriais: Derivados da indústria petrolífera (hidrocarbonetos alifáticos) Derivados da indústria do carvão (aromáticos) Hidrocarbonetos clorados Solventes polares (cetonas, álcoois e fenóis) Limpeza e Preparo de Superfícies Ação Química: – Decapagem ácida: Objetivo: remover produtos de reação química, em geral produtos da corrosão. Principais ácidos: Sulfúrico, Clorídrico, Fosfórico, Nítrico e Fluorídrico. É fundamental depois da decapagem fazer um enxaguamento de preferência com água corrente. – Decapagem alcalina: Bases usadas: NaOH, KOH. Metais leves ou macios (Al, Zn, etc.) são atacados. Ferro e aço não sofrem ataque básico. Limpeza e Preparo de Superfícies Ação Mecânica: – Ferramentas: Lixas, escovas de aço, raspadeiras e martelos de impacto. – Jateamento com abrasivo a seco: Método eficiente e que promove a melhor limpeza para posterior pintura. Pode ser feita de duas maneiras: por ar comprimido ou por turbinas centrífugas. Os abrasivos mais usados em operações de jateamento são: areia, granalhas de aço e óxido de alumínio. – Hidrojateamento. Poeira de sílica resultante do jateamento abrasivo com areia seca. Jateamento abrasivo sem poeira: jateamento com areia molhada Revestimentos Revestimentos protetores. – Metálicos Cladização; Imersão a quente; Metalização; Eletrodeposição – Não metálicos Orgânico: tintas, resinas e polímeros; Inorgânico: anodização (Al) e cromatização; Revestimentos Revestimentos metálicos. – Consistem na interposição de uma película metálica entre o meio corrosivo e o metal que se quer proteger. Revestimentos catódicos: devem ser livres de imperfeições para evitar formação de pilha galvânica, principalmente se existir pequena área anódica para grande área catódica. Exemplos em relação ao aço-carbono: Sn, Cu, Ni, Ag, Cr e aço inoxidável. Revestimentos anódicos: se houver pequena falha, o metal do revestimento será o anodo da pilha, protegendo catodicamente o material metálico base. Exemplos para o aço-carbono: Zn e Cd. Parte de tanque de aço-carbono com a superfície interna cladizada com aço inoxidável AISI 304. Cladização (cladeamento) Clads, constituídos por chapas de um metal ou liga, resistentes à corrosão, revestindo e protegendo um outro metal com função estrutural. Os clads mais usados nas indústrias químicas, petroquímica e de petróleo são os de monel (liga Ni-Cu), aço inoxidável e titânio sobre aço carbono. Revestimentos Imersão a quente Material metálico é imerso em um banho fundido do metal de revestimento (baixo P.F.), capaz de formar uma liga com o substrato. Geralmente, os substratos são aço ou ferro fundido e os revestimentos de Zn, Al, Sn e Pb. O processo de zincagem por imersão é também denominado de galvanização. Revestimentos Metalização (Aspersão térmica) Consiste na aplicação do revestimento usando uma pistola de aspersão (metais com altos P.F.). Revestimentos com Zn, Al, Pb, Sn, Cu e diversas ligas. Metalização com Zn em componente estrutural Revestimentos Eletrodeposição Consiste na deposição de metais que se encontram sob a forma iônica em um banho. A superfície a revestir é colocada como catodo de uma cuba eletrolítica, onde o eletrólito contém o sal do metal a ser usado no revestimento, podendo o anodo ser também do metal a ser depositado. Por eletrodeposição é comum revestir-se com Cr, Ni, Au, Ag, Sn, Zn e Cd. A espessura da película e suas propriedades dependem da densidade de corrente aplicada, concentração de sais, temperatura do banho, presença de aditivos e natureza do metal-base (catodo). Revestimentos Revestimentos não metálicos: inorgânicos – Consistem na interposição de uma película não metálica inorgânica entre o meio corrosivo e o metal que se quer proteger. – Os mecanismos de proteção são, essencialmente, por barreira e por inibição anódica. – Os procedimentos mais comuns são: Anodização: oxidação eletrolítica, em solução adequada, colocando-se o material metálico como anodo. A espessura da camada é de aproximadamente 20-40 μm. É um processo muito usado para o alumínio: 2Al + 3H2O Al2O3 + 6H+ + 6e- Grade de aço-carbono, localizada em orla marinha: com corrosão. Grade de alumínio anodizado, localizada em orla marinha, já há cerca de seis anos: sem corrosão. Revestimentos Revestimentos não metálicos: inorgânicos Cromatização: obtido em soluções contendo cromatos ou ácido crômico. Pode ser feita em meio ácido ou básico e aplicada por imersão ou jateamento. As espessuras das camadas variam entre 0,01 a 1 μm. Mais usada para Al, Mg, Zn e Cd. Revestimentos não metálicos: inorgânicos Fosfatização: aplicação de camada de fosfato sobre materiais metálicos como Fe, Zn, Al, Cd e Mg. M + 2H3PO4 M(H2PO4)2 + H2 Passivação: tratamento após a fosfatização, consiste em se tratar a superfície, logo após a fosfatização, com soluções de ácido crômico ou de ácido fosfórico, em concentrações na faixa de 0,02%. Objetivo: melhorar a resistência à corrosão, pois tais recobrimentos fosfáticos apresentam porosidade. Revestimentos Revestimentos não metálicos: inorgânicos Fosfatização: cria na superfície metálica, cristais de fosfato do metal, convertendo-a de metálica a não metálica. A finalidade da fosfatização é melhorar a aderência de tintas e tornar a superfície mais resistente à corrosão. Revestimentos Somente a fosfatização, aumenta a resistência à corrosão em torno de 5 vezes, porém com fosfatização mais pintura, o aumento é de cerca de 700 vezes. Revestimentos Revestimentos não metálicos: orgânicos – Dentre as técnicas de proteção anticorrosivas existentes, a aplicação de tintas é uma das mais empregadas. – Além da proteção, as tintas proporcionam: Boa estética; Sinalização; Impermeabilização; Permite maior ou menor absorção de calor; Diminuição da rugosidade superficial. Imersão permanente (em água salgada) > 300 μm Atmosfera altamente agressiva > 250 μm Atmosfera com agressividade média > 160 μm Atmosfera pouco agressiva > 120 μm Superfícies aquecidas 75 a 120 μm Revestimentos Revestimentos não metálicos: orgânicos – Espessura mínima para proteção anticorrosiva: Revestimentos Revestimentos não metálicos: orgânicos As áreas mais comuns de ocorrência de falhas em pinturas anticorrosivas são: Estagnação de água; Parafusos e porcas; Arestas ou cantos vivos; Frestas; Soldas e proximidades. Corrosão preferencial em área de solda Corrosão em área com parafusos. Corrosão na parte inferior de pilar: área mais sujeita à estagnação de água Corrosão nas arestas ou cantos vivos Falta de aderência da tinta de acabamento sobre o primer. Métodos de Combate Métodos de combate à corrosão Modificações de processo, metal e projeto Emprego de inibidores de corrosão Proteções catódica e anódica Revestimentos protetores metálicos e não metálicos Proteção Catódica Considerações iniciais. – Combate a corrosão em instalações metálicas enterradas ou submersas, que não permitem inspeções periódicas. – Elimina o processo corrosivo por tempo indeterminado, mesmo na ausência de revestimento e em meio extremamente agressivo. Aliada ao revestimento, garantem a integridade da estrutura de maneira mais econômica e segura. Proteção Catódica Mecanismo. – Processo corrosivo de uma estrutura metálica enterrada . Variações da composição química do metal (heterogeneidade no metal). – Anodo e catodo na superfície. – Fluxo de corrente elétrica. Proteção Catódica Mecanismo. – Condicionantes que agravam esse processo corrosivo. Heterogeneidade do solo. Proteção Catódica Proteção catódica. – Proteger catodicamente uma estrutura significa eliminar as áreas anódicas da superfície do metal, fazendo com que toda a estrutura adquira comportamento catódico. Proteção Catódica Proteção catódica galvânica (por anodo de sacrifício) – A d.d.p. entre o metal a proteger e o bloco metálico gera fluxo de corrente elétrica, de forma que o metal se comporte como catodo (proteção) e o bloco metálico como anodo (sacrifício). Material Volt Mg -1,75 Zn -1,10 Al -0,80 Ferro -0,50 Pb -0,50 Cu, bronze, latão -0,20 Proteção Catódica Proteção catódica galvânica (por anodo de sacrifício) – Aplicações típicas: Eletrólitos de baixa resistividade elétrica (até 3.000 .cm), uma vez que a ddp é muito pequena. Recomendada (técnica e economicamente) para estruturas metálicas que requeiram pequenas quantidades de corrente (até 5 A). Anodos Aplicações Alumínio Estruturas metálicas imersas em água do mar Magnésio Estruturas metálicas enterradas em solos com baixa resistividade Zinco Estruturas metálicas imersas em água do mar ou enterradas em solos com baixa resistividade Proteção Catódica Proteção catódica galvânica (por anodo de sacrifício) Fixação, por meio de solda, de anodo de zinco em casco de navio Anodo de zinco após algum tempo de uso em casco de navio Proteção Catódica Proteção catódica por corrente impressa – O fluxo de corrente origina-se de uma fonte geradora de corrente elétrica (ex. retificadores), o qual fornece a corrente elétrica necessária à proteção da estrutura metálica. São utilizados anodos inertes, específicos para cada meio corrosivo. Retificador de proteção catódica por corrente impressa. Proteção Anódica Proteção anódica. – Formação de película protetora por aplicação de corrente anódica externa, que ocasiona polarização anódica e possibilita a passivação do material metálico. – A aplicação dessa proteção de forma correta faz com que a dissolução do filme seja impossível e, se houver falha no filme, haverá um reparo imediato pela formação de novo filme ou película. – O êxito dependerá do exato controle do potencial externo: aumento de corrente anódica pode aumentar a taxa de dissolução do metal. Proteção Anódica Tipos de proteção. – Condições necessárias para aplicação da proteção anódica: Material metálico deve apresentar passivação no meio corrosivo em que vai ser utilizado; Passivação deve ocorrer em todas as partes expostas do metal e ser mantida nesta condição (caso contrário: corrosão localizada). Proteção Anódica H2SO4 (%) T ( oC) i (A/cm2) Taxa de corrosão (g/m2.h) 30 18 10 0,06 30 18 0 4,0 30 50 2,5 0,1 30 50 0 53,0 50 50 2,5 0,15 50 50 0 217,0 60 50 2,5 0,15 60 50 0 183,0 Efeitos da polarização anódica na taxa de corrosão do aço inoxidável: Proteção Anódica Resfriadores de aço inoxidável para ácido sulfúrico, com proteção anódica. Proteção Anódica vs. Catódica Anódica Catódica Aplicada a metais/ligas que se passivam (Fe,Ni,Cr,Ti) Aplicada a todos os materiais metálicos Necessita de corrente relativamente baixa para manter a passividade Necessita de corrente elevada: inviabiliza seu uso em meio muito agressivo Limitação importante: uso na presença de íons halogenetos (principalmente cloreto) que destroem a passivação Não há limitação. Identifique as soluções nos seguintes casos reais Sistema: Tubulação para condução de água industrial. Material: Aço-carbono ASTM-A53. Diâmetro: 4 polegadas. Condições Operacionais: Tubulação enterrada revestida com primer de tinta betuminosa e fita plástica, protegida catodicamente com anodos de zinco. Tubulação instalada em fábrica que emprega processo eletrolítico para obtenção de metal. Resistividade do solo: 50-180 Ωm. pH do solo: 5 a 9. Observação: Corrosão localizada com perfuração da tubulação cerca de três anos após início de operação. Causa: Corrosão eletrolítica ou corrosão por corrente de fuga, proveniente de fuga de corrente contínua usada no processo eletrolítico. Solução: Proteção catódica por corrente impressa ou forçada e revestimento. Sistema: Descontinuidade em cordão de solda. Material: Aço-carbono com áreas apresentando solda descontínua e revestimento com tinta epóxi. Observação: Corrosão nas áreas com descontinuidade do cordão de solda, com formação de óxido de ferro, Fe2O3, e sulfato de ferro, Fe2(SO4)3. Mecanismo: A descontinuidade do cordão de solda possibilitou a ocorrência de frestas, com a conseqüente corrosão por aeração diferencial. As possíveis reações responsáveis pelo produto de corrosão foram: 2Fe + 3/2O2 + nH2O → Fe2O3 • nH2O 2Fe + 3O2 + 3SO2 → Fe2(SO4)3 Solução: Aplicação de solda contínua e, em caso de impossibilidade desta solução, vedação das áreas com descontinuidade no cordão de solda. Sistema: Tanque de armazenamento de produto químico com isolamento térmico. Materiais: Aço-carbono. Isolamento térmico: silicato de cálcio. Observações: Perfuração no fundo do tanque, processando-se da parte externa para a interna. Retirando-se o isolamento térmico, presença de escamas de ferrugem nas partes externas das chapas do costado do tanque. Ausência de revestimento por pintura. Temperatura: 80°C. Localização: proximidade de orla marinha. Uso de água do mar nos treinamentos contra incêndios. Análise: A análise qualitativa do produto de corrosão e do isolamento térmico evidenciou a presença de cloretos de ferro, cálcio e sódio. Causa: A absorção de umidade atmosférica e cloretos provenientes da atmosfera e da água do mar usada nos treinamentos contra incêndios foram responsáveis pela corrosão nas chapas do costado e da perfuração no fundo do tanque. Solução: Substituição das chapas perfuradas. Jateamento abrasivo, revestimento com tinta à base de resina epóxi e posterior aplicação do isolamento térmico: mesmo na faixa de temperatura em torno de 100°C, é aconselhável a aplicação de pintura anticorrosiva antes da colocação do isolamento térmico. Sistema Estacas de píeres. Material Aço-carbono. Condições Operacionais Estacas sujeitas à área de variação de maré, zona de respingos de água do mar e névoa salina. Observações Presença de cracas na faixa de variação de maré. Corrosão mais localizada na zona de respingos. Causa Corrosão por aeração diferencial e ação mecânica causada pelo choque das ondas. Solução Área sujeita à névoa salina: jateamento abrasivo e revestimento com tinta de alcatrão de hulha-epóxi, com espessura de película de cerca de 300 µm. Área de respingos e de variação de maré: jateamento abrasivo e aplicação de massa epóxi-poliamida com espessura de 3-4 mm. Área submersa: proteção catódica por corrente impressa ou forçada. Estacas revestidas com alcatrão de hulha-epóxi acima da zona de respingos e aplicação de massa epóxi desde essa zona até pouco abaixo da faixa de maré mínima. Fim da aula! Fim da Unidade 1!
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