LIVRO IEC proteçao catodica

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SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA LUIZ PAULO GOMES
IEC Instalações e Engenharia de Corrosão Ltda. Página 1
INDICE
CAPÍTULO 1....................................................................................................................................11
CORROSÃO EM INSTALAÇÕES METÁLICAS ENTERRADAS OU SUBMERSAS .........11
1.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................11
1.2 COMO A CORROSÃO SE PROCESSA .................................................................................11
1.2.1 Contatos Elétricos entre Dois Metais Diferentes ...............................................................11
1.2.2 Heterogeneidades do Aço ...................................................................................................16
1.2.3 Heterogeneidades do Solo ..................................................................................................17
1.2.4 Corrosão Eletrolítica..........................................................................................................19
1.3 CORROSÃO POR BACTÉRIAS.............................................................................................20
1.4 MÉTODOS DE PROTEÇÃO CONTRA A CORROSÃO.......................................................20
1.4.1 Revestimentos Protetores....................................................................................................20
1.4.2 Proteção Catódica ..............................................................................................................20
CAPÍTULO 2....................................................................................................................................22
PROTEÇÃO CATÓDICA: PRINCÍPIOS BÁSICOS E MÉTODOS DE APLICAÇÃO .........22
2.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................22
2.2 PRINCÍPIOS BÁSICOS...........................................................................................................22
2.3 MÉTODOS DE APLICAÇÃO DA PROTEÇÃO CATÓDICA...............................................24
2.4 PROTEÇÃO CATÓDICA COM ANODOS GALVÂNICOS .................................................25
2.5 PROTEÇÃO CATÓDICA POR CORRENTE IMPRESSA ....................................................27
2.6 CORRENTE NECESSÁRIA PARA PROTEÇÃO CATÓDICA ............................................30
2.7 CRITÉRIOS DE PROTEÇÃO CATÓDICA............................................................................31
2.8 MANUTENÇÃO DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA ...........................................32
2.9 CUSTO DA PROTEÇÃO CATÓDICA...................................................................................32
CAPÍTULO 3....................................................................................................................................34
MEDIÇÕES DE CAMPO PARA A ELABORAÇÃO DE PROJETOS DE PROTEÇÃO
CATÓDICA ......................................................................................................................................34
3.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................34
3.2 INFORMAÇÕES LEVANTADAS ANTES DOS TRABALHOS DE CAMPO.....................34
3.3 MEDIÇÕES DE CAMPO.........................................................................................................35
3.3.1 Resistividades Elétricas ......................................................................................................35
3.3.2 Potenciais Estrutura/Eletrólito...........................................................................................36
3.3.3 Acidez do Solo.....................................................................................................................38
3.3.4 Pesquisa de Corrosão por Bactéria ou Corrosão Microbiológica ....................................38
3.3.5 Medições de Corrente.........................................................................................................38
3.3.6 Testes para a Determinação da Corrente Necessária para Proteção Catódica e das
Condições de Polarização da Estrtutura.....................................................................................39
3.3.7 Testes nas Travessias com Tubos-Camisa..........................................................................40
3.3.8 Escolha dos Locais para a Instalação dos Retificadores, Leitos de Anodos e
Equipamentos de Drenagem........................................................................................................40
3.3.9 Outros Testes, Medições e Observações ............................................................................40
3.4 CONCLUSÃO ..........................................................................................................................40
CAPÍTULO 4....................................................................................................................................41
INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO PARA PROTEÇÃO CATÓDICA......................................41
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4.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................41
4.2 VOLTÍMETROS ......................................................................................................................41
4.2.1 Voltímetros Convencionais.................................................................................................41
4.2.1.1 Voltímetros convencionais de alta resistência ................................................................41
4.2.1.2 Voltímetros convencionais de baixa resistência..............................................................42
4.2.1.3 Voltímetros potenciométricos ..........................................................................................42
4.2.1.4 Voltímetros eletrônicos....................................................................................................42
4.3 AMPERÍMETROS ...................................................................................................................43
4.3.1 Amperímetro de Resistência Nula ......................................................................................43
4.4. MEDIDORES COMBINADOS ..............................................................................................43
4.5 INSTRUMENTOS PARA MEDIÇÕES DE RESISTIVIDADES ...........................................43
4.5.1 Vibroground........................................................................................................................43
4.5.2 Megger................................................................................................................................43
4.5.3 Outros Instrumentos ...........................................................................................................44
4.5.4 EM’S ...................................................................................................................................44
4.6 VOLT-OHM-MILIAMPERÍMETRO ......................................................................................45
4.7 REGISTRADORES..................................................................................................................45
4.8 DATA LOGGERS ....................................................................................................................46
4.8.1 Ramlog (de fabricação da A.B.I. Data)..............................................................................46
4.8.2 Tricorder (de fabricação da MC MILLER) ........................................................................46
4.8.3 Rectifier Controler (de fabricação da Cathodic TechnologyLimited) ..............................47
4.8.4 DLINK (de fabricação da Harco Technologies Corporation) ...........................................47
4.9 INTERRUPTORES AUTOMÁTICOS DE CORRENTE........................................................47
4.10 LOCALIZADORES DE TUBULAÇÃO................................................................................47
4.11 DETECTORES DE FALHA DE REVESTIMENTO PARA TUBULAÇÕES
ENTERRADAS ..............................................................................................................................48
4.12 EQUIPAMENTOS PARA LEVANTAMENTO DE PERFIL DE POTENCIAL..................48
4.13 ACESSÓRIOS ........................................................................................................................49
4.13.1 Eletrodos de Referência....................................................................................................49
4.13.2 Caixa Padrão....................................................................................................................49
4.13.3 Fontes para Testes de Corrente........................................................................................50
4.13.4 Carretéis e Fios ................................................................................................................50
CAPÍTULO 5....................................................................................................................................51
DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA..................................51
5.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................51
5.2 A IMPORTÂNCIA DOS LEVANTAMENTOS DE DADOS.................................................51
5.3 SELEÇÃO DO MÉTODO DE PROTEÇÃO CATÓDICA A SER USADO...........................51
5.3.1 Sistema Galvânico ..............................................................................................................51
5.3.2 Sistema por Corrente Impressa ..........................................................................................51
5.4 CÁLCULO DA CORRENTE DE PROTEÇÃO CATÓDICA.................................................51
ESTRUTURA......................................................................................................................................53
QUALIDADE DO REVESTIMENTO .......................................................................................................53
EFICIÊNCIA.......................................................................................................................................53
5.5 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS GALVÂNICOS .....................................................54
5.5.1 Instalações Submersas........................................................................................................54
5.5.1.1 Escolha do material dos anodos ...................................................................................54
5.5.1.2 Determinação da massa de anodos...............................................................................54
5.5.1.3 Determinação do número de anodos ............................................................................55
5.5.1.4 Verificação da corrente liberada pelos anodos.............................................................55
5.5.2 Instalações Enterradas .......................................................................................................56
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5.5.2.1 Escolha do Material e Determinação da Massa dos Anodos........................................56
5.5.2.2 Cálculo da corrente liberada pelos anodos ...................................................................56
5.5.2.3 Cálculo do número de anodos individuais ou do número de leitos de anodos.............57
5.5.2.4 Verificação da vida dos anodos....................................................................................57
5.6 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS POR CORRENTE IMPRESSA.............................57
5.6.1 Definição do Número de Pontos de Injeção de Corrente...................................................57
5.6.2 Escolha do Material do Anodo...........................................................................................58
5.6.3 Cálculo da Massa de Anodos .............................................................................................58
5.6.4 Escolha do Número Mínimo de Anodos .............................................................................58
5.6.6 Cálculo da Resistência do Circuito ....................................................................................58
5.6.6.1 Resistência total do circuito .........................................................................................59
5.6.7 Verificação do Número de Anodos .....................................................................................60
5.7 AUXÍLIO DE MICROCOMPUTADORES.............................................................................60
CAPÍTULO 6....................................................................................................................................61
MATERIAIS E EQUIPAMENTOS UTILIZADOS EM SISTEMAS DE PROTEÇÃO
CATÓDICA ......................................................................................................................................61
6.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................61
6.2 SISTEMAS GALVÂNICOS ....................................................................................................61
6.2.1 Anodos ................................................................................................................................61
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS APRESENTADAS PELOS ANODOS GALVÂNICOS61
6.2.2 Enchimento Condutor (Backfill).........................................................................................64
6.2.3 Cabos Elétricos...................................................................................................................64
6.2.4 Conectores Elétricos...........................................................................................................65
6.2.5 Caixas de Ligação ou de Passagem ...................................................................................65
6.2.6 Resistores Elétricos ............................................................................................................65
6.2.7 Materiais Diversos..............................................................................................................65
6.3 SISTEMAS POR CORRENTE IMPRESSA............................................................................65
6.3.1 Retificadores de Corrente...................................................................................................65
6.3.2 Equipamentos de Drenagem...............................................................................................67
6.3.3 Anodos Inertes ....................................................................................................................69
6.3.4 Enchimento (Backfill) Usados para os Anodos Inertes......................................................71
6.3.5 Cabos Elétricos...................................................................................................................71
6.3.6 Juntas Isolantes. .................................................................................................................72
6.3.7 Dispositivos de Proteção das Juntas Isolantes...................................................................73
6.3.8 Caixas de Medição, Interligação e Pontos de Teste...........................................................73
6.3.9 Resistores Elétricos ............................................................................................................746.3.10 Materiais Diversos............................................................................................................75
CAPÍTULO 7....................................................................................................................................76
LEITOS DE ANODOS EM POÇOS PROFUNDOS ....................................................................76
7.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................76
7.2 TIPOS........................................................................................................................................76
7.2.1 Estrutura Básica .................................................................................................................76
7.2.2 Tubos e Trilhos-Sucata.......................................................................................................76
7.2.3 Sistemas Não Recuperáveis. ...............................................................................................77
7.2.4 Sistemas Recuperáveis........................................................................................................79
7.3 VANTAGENS E DESVANTAGENS......................................................................................80
7.3.1 Vantagens ...........................................................................................................................80
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7.3.2 Desvantagens......................................................................................................................80
7.4 PROJETO..................................................................................................................................81
7.4.1 Escolha do Local para a Cama ..........................................................................................81
7.4.2 Resistividade Elétrica do Solo ............................................................................................81
7.4.3 Seleção de Materiais...........................................................................................................81
7.4.4 Profundidade Máxima Admissível ......................................................................................83
7.4.5 Procedimento para o Dimensionamento ............................................................................83
7.5 MONTAGEM ...........................................................................................................................84
7.6 ENERGIZAÇÃO ......................................................................................................................84
7.7 OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO ............................................................................................85
7.7.1 Problemas Usuais Durante a Operação e Manutenção.....................................................85
7.7.2 Registros .............................................................................................................................85
7.8 CONCLUSÕES ........................................................................................................................85
CAPÍTULO 8....................................................................................................................................86
INSPEÇÃO E MANUTENÇÃO DE SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA ....................86
8.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................86
8.2 COMPONENTES DE UM SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA ...................................86
8.2.1 Para Tubulações Enterradas..............................................................................................86
8.2.2 Para Tubulações Submersas...............................................................................................87
8.2.3 Para Fundos de Tanques de Armazenamento ....................................................................87
8.2.4 Para Estacas de Aço Cravadas no Mar .............................................................................87
8.2.5 Plataformas de Petróleo .....................................................................................................87
8.2.6 Armaduras de Aço das Obras de Concreto ........................................................................87
8.3 ORIENTAÇÃO PARA OS SERVIÇOS DE INSPEÇÃO E MANUTENÇÃO.......................87
8.3.1 Tubulações Enterradas Protegidas com Sistema Galvânico..............................................88
8.3.2 Tubulações Enterradas Protegidas com Sistema por Corrente Impressa..........................88
8.3.3 Fundos de Tanques de Armazenamento .............................................................................88
8.3.4 Estacas Metálicas de Piers de Atracação de Navios com Sistema por Corrente Impressa
.....................................................................................................................................................88
8.3.5 Plataformas de Petróleo com Sistema por Anodos Galvânicos .........................................89
8.3.6 Armaduras de Aço do Concreto .........................................................................................89
8.4 CONCLUSÃO ..........................................................................................................................89
CAPÍTULO 9....................................................................................................................................90
REVESTIMENTOS PROTETORES PARA INSTALAÇÕES METÁLICAS ENTERRADAS
E SUBMERSAS................................................................................................................................90
9.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................90
9.2 CARACTERÍSTICAS NECESSÁRIAS A UM REVESTIMENTO .......................................91
9.3 REVESTIMENTO PARA TUBULAÇÕES ENTERRADAS .................................................92
9.3.1 Revestimento à Base de Esmalte de Piche de Carvão........................................................92
9.3.2 Revestimento à Base de Esmalte de Asfalto de Petróleo....................................................93
9.3.3 Revestimento com Fitas Plásticas ......................................................................................94
9.3.4 Revestimento com Tintas Betuminosas (Epóxi Piche de Carvão ou Alcatrão Epóxi)........94
9.3.5 Revestimento com Espuma Rígida de Poliuretano.............................................................94
9.4 REVESTIMENTO PARA TUBULAÇÕES SUBMERSAS ....................................................95
9.5 REVESTIMENTO PARA TANQUES DE ARMAZENAMENTO ........................................95
9.5.1 Revestimento para Tanques de Aço Totalmente Enterrados..............................................95
9.5.2 Revestimento para Fundo de Tanque .................................................................................95
9.6 REVESTIMENTO PARA CASCO DE EMBARCAÇÕES.....................................................95
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9.7 REVESTIMENTO PARA ESTACAS DE AÇO DE PIERS DE ATRACAÇÃO....................96
9.8 CONCLUSÃO ..........................................................................................................................96
CAPÍTULO 10..................................................................................................................................97
SISTEMAS DE DRENAGEM DE CORRENTE PARA CONTROLE DA CORROSÃO
ELETROLÍTICA EM TUBULAÇÕES ENTERRADAS ............................................................97
10.1INTRODUÇÃO ......................................................................................................................97
10.2 A CORROSÃO ELETROLÍTICA..........................................................................................98
10.3 SISTEMAS DE DRENAGEM ...............................................................................................99
10.3.1 Ligação Direta..................................................................................................................99
10.3.2 Ligação por Meio de um Equipamento de Drenagem....................................................100
10.4 COMPLEMENTAÇÃO COM SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA .......................102
10.5 CONCLUSÃO ......................................................................................................................102
CAPÍTULO 11................................................................................................................................103
INFLUÊNCIA DAS LINHAS DE TRANSMISSÃO ELÉTRICA EM ALTA TENSÃO
SOBRE AS TUBULAÇÕES ENTERRADAS .............................................................................103
11.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................103
11.2 ANÁLISE DO FENÔMENO................................................................................................103
11.3 MÉTODOS DE CÁLCULO DAS TENSÕES TUBO/SOLO ..............................................105
11.4 SOLUÇÕES PRÁTICAS PARA CONTORNAR O PROBLEMA .....................................106
11.5 EXEMPLO PRÁTICO..........................................................................................................107
11.5.1 Dados do Gasoduto ........................................................................................................108
11.5.2 Primeiro Cruzamento .....................................................................................................108
11.5.3 Segundo Cruzamento ......................................................................................................109
11.6 CONCLUSÃO ......................................................................................................................110
CAPÍTULO 12................................................................................................................................111
SISTEMAS DE ATERRAMENTO ELÉTRICO COM ANODOS DE ZINCO ......................111
12.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................111
12.2 INSTALAÇÃO .....................................................................................................................111
12.3 COMPARAÇÃO ENTRE OS ANODOS DE ZINCO E AS HASTES DE ATERRAMENTO
CONVENCIONAIS......................................................................................................................112
12.4 VIDA DOS ANODOS..........................................................................................................113
12.5 CONCLUSÃO ......................................................................................................................113
CAPÍTULO 13................................................................................................................................114
ATERRAMENTO ELÉTRICO DE TANQUES METÁLICOS DE ARMAZENAMENTO .114
13.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................114
13.2 MÉTODOS DE ATERRAMENTO ELÉTRICO .................................................................114
13.2.1 American Petroleum Institute .........................................................................................115
13.2.2 National Bureau of Stantard Handbook.........................................................................115
CODE FOR PROTECTION AGAINST LIGHTNING .............................................................115
13.2.3 National Fire Protection Association.............................................................................115
FIRE PROTECTION HANDBOOK............................................................................................115
13.2.4 American Oil Company ..................................................................................................116
HAZARDS OF ELECTRICITY – BOOKLET Nº......................................................................116
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13.2.5 Esso.................................................................................................................................116
ESSO ENGINEERING STANDARD B-14-86 ............................................................................116
13.2.6 Standard Handbook for Electrical Engineers ................................................................116
SEÇÃO 17-642................................................................................................................................116
13.3 ESTIMATIVA DAS RESISTÊNCIAS TANQUE/TERRA NA REPLAN .........................116
13.4 CONCLUSÕES ....................................................................................................................116
CAPÍTULO 14................................................................................................................................118
PROTEÇÃO CATÓDICA DE TUBULAÇÕES ENTERRADAS E SUBMERSAS................118
14.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................118
14.2 PROTEÇÃO CATÓDICA PARA TUBULAÇÕES ENTERRADAS .................................118
14.2.1 Proteção Catódica com Anodos Galvânicos ..................................................................118
14.2.2 Proteção Catódica por Corrente Impressa ....................................................................119
14.2.3 Como Saber se a Tubulação está Protegida Catodicamente .........................................121
14.2 PROTEÇÃO CATÓDICA PARA EMISSÁRIOS SUBMARINOS ....................................122
14.4 PROTEÇÃO CATÓDICA DE TUBOS-CAMISA PARA POÇOS PROFUNDOS ............122
14.5 CONCLUSÕES ....................................................................................................................123
CAPÍTULO 15................................................................................................................................124
PROTEÇÃO CATÓDICA DE TANQUES DE ARMAZENAMENTO DE PETRÓLEO E
DERIVADOS..................................................................................................................................124
15.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................124
15.2 TIPOS DE TANQUES DE ARMAZENAMENTO .............................................................124
15.2.1 Tanques Aéreos Apoiados no Solo .................................................................................124
15.2.2 Tanques Enterrados........................................................................................................124
15.2.3 Tanques Submersos ........................................................................................................124
15.3 PROTEÇÃO CATÓDICA....................................................................................................124
15.3.1 Proteção Catódica Interna dos Tanques de Petróleo com Lastro de Água ..................125
15.3.2 Proteção Catódica Externa ............................................................................................125
15.4 CRITÉRIOS DE PROTEÇÃO..............................................................................................12915.5 DISTRIBUIÇÃO DA CORRENTE EM GRUPO DE TANQUES..........................................................129
15.6 CONCLUSÃO ......................................................................................................................130
CAPÍTULO 16................................................................................................................................131
PROTEÇÃO CATÓDICA PARA PIERS DE ATRACAÇÃO DE NAVIOS ...........................131
16.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................131
16.2 CARACTERÍSTICAS DAS ESTRUTURAS ......................................................................131
16.3 CARACTERÍSTICAS DA ÁGUA DO MAR......................................................................132
16.4 CORROSÃO DO AÇO PELA ÁGUA SALGADA.............................................................133
16.5 SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA .........................................................................134
16.5.1 Sistema Galvânico ..........................................................................................................134
16.5.2 Sistema por Corrente Impressa ......................................................................................135
16.5.3 Comparação Entre o Sistema Galvânio e o Sistema por Corrente Impressa ................137
Principais Características dos Sistemas Galvânicos e por Corrente Impressa........................137
SISTEMA POR ANODOS GALVÂNICOS ................................................................................137
SISTEMA POR CORRENTE IMPRESSA .................................................................................137
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16.6 ZONA DE VARIAÇÃO DE MARÉ E DE RESPINGO......................................................137
16.7 CONCLUSÃO ......................................................................................................................138
CAPÍTULO 17................................................................................................................................139
PROTEÇÃO CATÓDICA DE NAVIOS .....................................................................................139
17.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................139
17.2 CORROSÃO E PROTEÇÃO CATÓDICA..........................................................................139
17.3 PROTEÇÃO CATÓDICA GALVÂNICA ...........................................................................140
17.3.1 Proteção Galvânica de Tanques de Lastro ....................................................................141
17.3.2 Corrente Necessária .......................................................................................................142
TANQUESmA/m2.................................................................................................................142
CASCO mA/m2 .....................................................................................................................142
1.4 PROTEÇÃO CATÓDICA POR CORENTE IMPRESSA .....................................................143
17.4.1 Quantidade de Corrente Necessária para o Sistema de Corrente Impressa..................145
17.5 COMPARAÇÃO ENTRE OS SISTEMAS GALVÂNICOS E POR CORRENTE
IMPRESSA ...................................................................................................................................145
17.6 INFLUÊNCIA DO REVESTIMENTO DO CASCO SOBRE AS CONDIÇÕES DE
OPERAÇÃO DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA ......................................................146
17.7 INFLUÊNCIA DAS CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO DO SISTEMA DE PROTEÇÃO
CATÓDICA SOBRE O REVESTIMENTO.................................................................................146
17.8 CONCLUSÃO ......................................................................................................................147
CAPÍTULO 18................................................................................................................................148
PROTEÇÃO CATÓDICA DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA, ESGOTOS E
EFLUENTES INDUSTRIAIS.......................................................................................................148
18.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................148
18.2 PROTEÇÃO CATÓDICA GALVÂNICA ...........................................................................148
18.8 PROTEÇÃO CATÓDICA POR CORRENTE IMPRESSA ................................................149
18.4 VERIFICAÇÃO DO FUNCIONAMENTO DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA
.......................................................................................................................................................150
18.5 CUSTO..................................................................................................................................151
18.6 CONCLUSÃO ......................................................................................................................151
CAPÍTULO 19................................................................................................................................152
PROTEÇÃO CATÓDICA DE PLATAFORMAS FIXAS DE PETRÓLEO ...........................152
19.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................152
19.2 LEVANTAMENTO DE DADOS PARA O PROJETO.......................................................152
19.2.1 Parâmetros Associados à Estrutura ...............................................................................152
19.2.2 Parâmetros Associados ao Meio Ambiente ....................................................................152
19.2.3 Parâmetros Associados aos Sistemas de Proteção Catódica.........................................153
19.3 CRITÉRIO DE PROTEÇÃO................................................................................................153
19.4 VIDA ÚTIL DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA................................................153
19.5 DENSIDADES DE CORRENTE DE PROTEÇÃO.............................................................154
19.6 ESCOLHA DO TIPO DE SISTEMA ...................................................................................154
19.7 ISOLAMENTO ELÉTRICO ................................................................................................154
19.8 CORRENTES DE INTERFERÊNCIA.................................................................................154
19.9 SISTEMAS GALVÂNICOS ................................................................................................154
19.9.1 Dimensionamento ...........................................................................................................155
19.10 SISTEMAS POR CORRENTE IMPRESSA......................................................................159
19.10.1 Dimensionamento .........................................................................................................160
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19.10.2 Materiais.......................................................................................................................160
19.11 SISTEMAS DE MONITORAÇÃO....................................................................................160
19.12 ACOMPANHAMENTO OPERACIONAL .......................................................................161
19.13 CONCLUSÕES ..................................................................................................................162
CAPÍTULO 20................................................................................................................................163PROTEÇÃO CATÓDICA DE PÉS DE TORRES DE LINHAS DE TRANSMISSÃO
ELÉTRICA .....................................................................................................................................163
20.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................163
20.2 ATERRAMENTO ELÉTRICO ............................................................................................163
20.3 INSTALAÇÃO DOS ANODOS GALVÂNICOS ...............................................................163
20.4 INSTALAÇÃO DE SISTEMA POR CORRENTE IMPRESSA .........................................164
20.5 CONCLUSÃO ......................................................................................................................164
CAPÍTULO 21................................................................................................................................165
PROTEÇÃO CATÓDICA DE ARMADURAS DE AÇO DE ESTRUTURAS DE
CONCRETO...................................................................................................................................165
21.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................165
21.1 HISTÓRICO .........................................................................................................................165
21.3 MECANISMO BÁSICO DA CORROSÃO DAS ARMADURAS NO CONCRETO ........165
21.4 PRINCIPAIS MÉTODOS UTILIZADOS PARA O COMBATE À CORROSÃO NO
CONCRETO .................................................................................................................................169
21.4.1 Técnicas de Reparo Localizado......................................................................................169
21.4.2 Procedimentos de Projeto e Construção ........................................................................169
21.4.3 Métodos de Isolamento da Superfície de Concreto do Meio Ambiente Agressivo .........170
21.4.4 Método da Proteção Direta das Armaduras ..................................................................170
21.4.5 Métodos de Controle Direto da Corrosão......................................................................170
USO DE INIBIDORES QUÍMICOS............................................................................................170
PROTEÇÃO CATÓDICA.............................................................................................................170
21.5 MECANISMO BÁSICO DO FUNCIONAMENTO DA PROTEÇÃO CATÓDICA DE
CONCRETO .................................................................................................................................171
21.6 CRITÉRIOS DE PROTEÇÃO..............................................................................................171
21.6.1 Potenciais Mínimos ........................................................................................................172
21.7 MEDIÇÕES DE POTENCIAL.............................................................................................172
21.8 PROJETO DE SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA PARA ESTRUTURAS DE
CONCRETO .................................................................................................................................173
21.8.1 Generalidades.................................................................................................................173
21.8.2 Tipos de Estruturas que Podem ser Protegidas .............................................................174
21.8.3 Dados para o Projeto .....................................................................................................174
21.8.4 Levantamento de Dados .................................................................................................175
21.8.4.1 Instrumentos necessários..........................................................................................176
21.8.5 Tipos de Sistemas............................................................................................................176
21.8.5.1 Sobrecamada condutora ...........................................................................................176
21.8.5.2 Sistemas embutidos no concreto ..............................................................................176
21.8.5.3 Sistemas distribuídos com anodos em forma de tela................................................177
21.8.5.4 Sistemas com revestimentos condutores ..................................................................179
21.8.6 Dimensionamento ...........................................................................................................180
DENSIDADE DE CORRENTE DE PROTEÇÃO......................................................................180
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IEC Instalações e Engenharia de Corrosão Ltda. Página 9
DENSIDADE DE CORRENTE MÁXIMA ADMISSÍVEL NOS ANODOS............................180
DETERMINAÇÃO DA CORRENTE DE PROTEÇÃO............................................................180
CONTINUIDADE ELÉTRICA ....................................................................................................180
DISTRIBUIÇÃO DOS CIRCUITOS POSITIVOS ....................................................................181
TIPO DE SISTEMA.......................................................................................................................181
RETIFICADORES.........................................................................................................................181
MONITORAÇÃO ..........................................................................................................................182
VIDA ÚTIL.....................................................................................................................................182
ISOLAMENTO ELÉTRICO ........................................................................................................182
CORRENTES DE INTERFERÊNCIA........................................................................................183
21.9 CONCLUSÕES ....................................................................................................................183
CAPÍTULO 22................................................................................................................................184
PROTEÇÃO CATÓDICA PARA SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE COMBUSTÍVEL
DE AEROPORTOS .......................................................................................................................184
22.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................184
22.2 SISTEMA DE TUBULAÇÕES E TANQUES PARA TRANSPORTE,
ARMAZENAMENTO E DISTRIBUIÇÃO DO QUEROSENE PARA AS AERONAVES.......184
22.2.1 Transporte Refinaria/Aeroporto.....................................................................................184
22.2.2 Armazenamento no Aeroporto........................................................................................184
22.2.3 Distribuição para as Aeronaves .....................................................................................184
22.3 SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA UTILIZADOS ................................................185
22.3.1 Proteção Catódica para o Trecho Refinaria/Aeroporto ................................................185
22.3.2 Proteção Catódica para os Tanques de Armazenamento...............................................185
22.3.3 Proteção Catódica para as Tubulações de Querosene dentro do Aeroporto ................186
22.4 LEVANTAMENTOS DE CAMPO PARA O PROJETO DE PROTEÇÃO CATÓDICA..186
22.5 CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO...........................................................................................187
22.6 CONCLUSÃO ......................................................................................................................187CAPÍTULO 23................................................................................................................................188
SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA DO GASODUTO RIO–SÃO PAULO ..................188
23.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................188
23.2 DESCRIÇÃO........................................................................................................................188
23.3 LEVANTAMENTOS DE CAMPO PARA O PROJETO DO SISTEMA DE PROTEÇÃO
CATÓDICA..................................................................................................................................189
23.3.1 Resistividades Elétricas do Solo.....................................................................................189
23.3.2 Avaliação das Correntes de Interferência......................................................................190
23.3.3 Verificação das Condições de Operação dos Sistemas de Proteção Catódica dos Dutos
Existentes ...................................................................................................................................190
23.3.4 Escolha de Locais para Instalação dos Equipamentos e Dispositivos de Proteção
Catódica e Drenagem................................................................................................................191
23.4 ORIENTAÇÕES ADOTADAS PARA O PROJETO ..........................................................191
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IEC Instalações e Engenharia de Corrosão Ltda. Página 10
23.5 FINALIDADE DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA E DE DRENAGEM..........192
23.6 DESCRIÇÃO DO SISTEMA ...............................................................................................192
23.7 CONCLUSÃO ......................................................................................................................194
CAPÍTULO 24................................................................................................................................195
COMO ESPECIFICAR SERVIÇOS DE PROTEÇÃO CATÓDICA.......................................195
24.1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................195
24.2 INFORMAÇÕES A RESPEITO DA ESTRUTURA A SER PROTEGIDA .......................195
24.3 ESPECIFICAÇÕES PARA OS LEVANTAMENTOS DE CAMPO ..................................195
24.4 ESPECIFICAÇÕES PARA O PROJETO DE PROTEÇÃO CATÓDICA ..........................195
24.5 CONDIÇÕES MÍNIMAS PARA A ACEITAÇÃO DO SISTEMA ....................................196
REPRESENTAÇÕES ....................................................................................................................197
CURRÍCULO SIMPLIFICADO DA IEC ..................................................................................199
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CAPÍTULO 1
Corrosão em Instalações Metálicas Enterradas ou Submersas
1.1 INTRODUÇÃO
O presente capítulo analisa os principais tipos de corrosão a que estão sujeitas as instalações
metálicas enterradas ou submersais, tais como tubulações (oleodutos, gasodutos, minerodutos,
adutoras, linhas enterradas em unidades industriais, emissários submarinos), piers de atracação,
bases de tanques de armazenamento, navios, camisas metálicas de poços, cabos telefônicos, redes
de incêndio, armaduras de aço de concreto e muitas outras, largamente utilizadas em obras de
engenharia.
O conhecimento dos processos corrosivos que atacam essas instalações é de extrema
importância, não só pelo patrimônio valioso que elas representam para as indústrias, empresas de
gás, de petróleo, de mineração, petroquímicas, estaleiros, armadores e companhias de saneamento e
águas, mas também para o estudo adequado e perfeita aplicação das técnicas de combate à corrosão
para esses casos, tais como a aplicação dos revestimentos protetores e da proteção catódica.
1.2 COMO A CORROSÃO SE PROCESSA
A corrosão é, na grande maioria dos casos, fruto de uma reação eletroquímica que envolve
metais e um eletrólito, composto, de um modo geral, de substâncias químicas e água, as quais se
combinam formando pilhas capazes de gerar uma corrente elétrica. Os solos, por mais secos que
pareçam, sempre contêm água e funcionam, normalmente, como excelentes eletrólitos para a
passagem dessa corrente.
Quando uma tubulação de aço ou de ferro é enterrada, ela fica sob a ação de processos
corrosivos, ou pilhas de corrosão, que podem ser causados por:
1) contatos elétricos entre dois metais diferentes;
2) heterogeneidades do aço ou do ferro;
3) heterogeneidades do solo;
4) eletrólise causada por correntes elétricas de fuga oriundas de fontes externas de força
eletromotriz (como os geradores de corrente contínua das estradas de ferro eletrificadas) ou;
5) pela combinação de alguns ou de todos esses fatores atuando ao mesmo tempo, como
acontece na maioria das vezes.
Em casos especiais, menos comuns, uma tubulação enterrada pode ser atacada também pela
corrosão resultante da ação de certos tipos de bactérias.
Analisemos cada uma dessas condições separadamente.
1.2.1 Contatos Elétricos entre Dois Metais Diferentes
Se qualquer dos metais utilizados normalmente em instalações industriais é colocado em
contato com o solo, existe uma diferença de potencial entre esse metal e o solo. Essa diferença de
potencial, chamada normalmente de potencial natural, pode ser medida com facilidade por meio de
um voltímetro e de um eletrodo de referência, tal como o eletrodo de cobre/sulfato de cobre
(Cu/CuSO4), utilizado na prática, como mostrado na figura 1.1.
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Figura 1.1 – Medição do potencial, em relação ao solo, de qualquer material metálico (potencial estrutura/solo).
Foto 1.1 – Corrosão de uma chapa de aço na água do mar.
Para um determinado tipo de solo cada metal apresenta um potencial diferente, de acordo
com a tabela 1.1, conhecida como Série Galvânica Prática.
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TABELA 1.1
Série Galvânica Prática
Metal Potencial (volts) (1)
Magnésio comercialmente puro –1,75
Liga de magnésio (6% Al, 3% Zn, 0,15% Mn) –1,60
Zinco –1,10
Liga de alumínio (5% Zn) –1,05
Alumínio comercialmente puro –0,80
Aço (limpo) –0,50 a –0,80
Aço enferrujado –0,20 a –0,50
Ferro fundido (não grafitizado) –0,50
Chumbo –0,50
Aço em concreto –0,20
Cobre, bronze, latão –0,20
Ferro fundido com alto teor de silício –0,20
Carbono, grafite, coque +0,30
(1) Potenciais típicos normalmente observados em solos neutros e água, medidos em relação ao eletrodo de
Cu/CuSO4. Valores um pouco diferentes podem ser encontrados em diferentes tipos de solos.
A diferença de potencial existente entre dois metais enterrados no solo pode ser medida
conforme mostrado na figura 1.2 e os valores mostrados na Série Galvânica Prática podem ser
facilmente conferidos.
Figura 1.2 – Medição da diferença de potencial entre dois metais diferentes, em presença de um eletrólito.
Quando, por exemplo, uma haste de magnésio é enterrada no solo e ligada eletricamente a
um tubo de aço também enterrado, a diferença de potencial que existe entre o magnésio e o aço (1,0
V, aproximadamente) produzirá um fluxo de corrente entre o magnésio, o solo, o aço e o condutor
elétrico, conforme mostrado na figura 1.3.
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Figura 1.3 – Formação de uma pilha galvânica.
O sentido convencional da corrente se estabelece sempre a partir do metal de potencial mais
negativo, através do solo, parao metal de potencial menos negativo (o movimento de elétrons se
processa em sentido inverso), formando assim a chamada pilha de corrosão galvânica. Quando isso
acontece, o metal que libera corrente para o solo se corróe, adquirindo comportamente anódico,
sendo chamado de anodo e o metal que recebe a corrente do solo fica protegido, adquirindo
comportamento catódico, sendo intitulado de catodo da pilha formada. Essa propriedade dos metais
é utilizada para o combate à corrosão de uma estrutura de aço enterrada ou submersa e essa técnica
recebe o nome de proteção catódica, como veremos mais adiante.
A mesma técnica é utilizada há muitos anos, em escala industrial, para a construção de
pilhas comuns de lanterna, como mostrado na figura 1.4.
Figura 1.4 – Pilha comum de lanterna. A diferença de potencial entre o carbono
 e o zinco é da ordem de 1,5 V (tabela 1.1).
Com base nesse raciocínio, extremamente simples, concluímos facilmente que devemos
evitar, sempre que possível, o contato elétrico entre metais dissimilares, na construção de
instalações industriais, principalmente quando as estruturas metálicas são enterradas ou submersas,
conforme pode ser observados pelas figuras 1.5, 1.6, 1.7 e 1.8.
SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA LUIZ PAULO GOMES
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Figura 1.5 – Corrosão da luva galvanizada em benefício do tubo de aço.
Figura 1.6 – Corrosão no tubo de aço devido à ligação elétrica com a válvula de bronze.
Figura 1.7 – Quando uma estrutura de aço enterrada é aterrada com hastes
 e cabos de cobre ela sofre ataque corrosivo severo.
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Figura 1.8 – Corrosão devido à diferença de potencial existente entre um tubo novo e um tubo velho.
A corrosão que se processa em tubos de ferro fundido enterrados ou submersos, chamada de
corrosão grafítica, resulta da ação, também, de uma pilha galvânica semelhante às mostradas acima.
O ferro se corróe em benefício da grafite existente na matriz fundida, e o tubo mantém sua forma e
suas dimensões originais, mas perdendo suas propriedades mecânicas, já que só restará a massa de
grafite.
1.2.2 Heterogeneidades do Aço
Os aços, largamente utilizados em instalações enterradas e submersas, não são homogêneos,
possuindo inclusões não metálicas, variações de composição química e tensões internas diferentes
resultantes dos processos de conformação e de soldagem. Essas variações fazem com que as
superfícies do aço se comportem como se fossem constituídas de materiais metálicos diferentes. As
pilhas de corrosão, formadas ao longo da superfície do aço, tanto podem ser microscópicas como
macroscópicas e a intensidade do processo corrosivo dependerá, como no caso anterior, da
magnitude da diferença de potencial que se estabelece nas pilhas formadas. O ataque corrosivo pode
ser generalizado, porém nunca uniforme e a superfície corroída apresenta irregularidades com
aspecto rugoso, resultante da alternância das áreas anódicas e catódicas, sendo comum incidir em
zonas preferenciais, com o desenvolvimento de alvéolos mais profundos, podendo perfurar a parede
metálica.
Foto 1.2 – Corrosão em uma estrutura metálica.
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Figura 1.9 – Pilhas de corrosão devido à não uniformidade do aço. A corrosão ocorre nos pontos de potencial mais
negativos, onde a corrente abandona o tubo e penetra no solo.
1.2.3 Heterogeneidades do Solo
Os solos possuem heterogeneidades que, em conjunto com as heterogeneidades do aço,
agravam os problemas de corrosão, uma vez que tais variações (resistividade elétrica, grau de
aeração, composição química, grau de umidade e outras) dão origem, também, a pilhas de corrosão
nas superfícies dos materiais neles enterrados.
As variações da resistividade elétrica do solo, sempre presentes ao longo das instalações
enterradas, são as que produzem as mais severas pilhas de corosão naquelas estruturas (figura 1.10).
Figura 1.10 – Pilha causada pela variação da resistividade elétrica do solo.
A resistividade elétrica do solo ou da água é um dos fatores mais importantes no processo
corrosivo dos metais enterrados ou submersos, sendo que, quanto mais baixo o seu valor, mais
facilmente funcionam as pilhas de corrosão e mais severo é o processo corrosivo.
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Foto 1.3 – Corrosão em permutador de calor.
Acontece freqüentemente que, embora uma tubulação seja construída ao longo de uma faixa
de alta resistividade elétrica (que nos levaria, inadvertidamente, em pensar na ocorrência de
corrosão suave), ela atravessa alguns locais de resistividade elétrica mais baixa, sendo então
severamente corroída devido ao aparecimento das chamadas macro-pilhas de corrosão, onde os
trechos em contato com os solos de mais baixa resistividade funcionam como áreas anódicas
severas, corroendo-se em benefício dos trechos em contato com as resistividades mais altas
conforme mostrado na figura 1.11.
Figura 1.11 – Macro-pilhas de corrosão causadas pelas variações das resistividades elétricas do solo.
Outro aspecto que contribui para o agravamento da corrosão das tubulações enterradas,
principalmente as de grande diâmetro, é o fato de haver variações no grau de aeração dos solos,
conforme pode ser visto na figura 1.12.
A pilha formada nesses casos recebe o nome de pilha de aeração diferencial, com corosão
acentuada nas regiões mais pobres em oxigênio, que se comportam como áreas anódicas, em
benefício das regiões mais aeradas.
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Figura 1.12 – Pilha de aeração diferencial.
1.2.4 Corrosão Eletrolítica
A corrosão eletrolítica é um problema extremamente grave que, acelerando os processos
acima citados, afligem as companhias proprietárias de tubulações metálicas enterradas ou
submersas.
Esse tipo de corrosão é conseqüência da existência de correntes elétricas estranhas (corrente
contínua) no solo em que passa a tubulação. Essas correntes, cuja existência independe de quaisquer
dissimilaridades dos materiais metálicos, dos solos ou das águas, podem ser oriundas de várias
fontes, sendo as mais danosas e comuns, na prática, as provenientes das ferrovias eletrificadas em
corrente contínua.
Nesses casos, a parte da tubulação que é corroída (figura 1.13) funciona como anodo ativo de uma
cuba eletrolítica, rigorosamente de acordo com a Lei de Faraday da Eletrólise, onde o peso teórico
do material metálico destruído é proporcional à intensidade de corrente (ampéres), ao tempo de
descarga para o solo (segundos) e ao Equivalente eletroquímico do metal em causa
(gramas/Coulomb). A tabela 1.2 apresenta as perdas de peso para os materiais metálicos de uso
mais comum.
Figura 1.13 – Pilha de corrosão eletrolítica causada por estradas de ferro eletrificadas.
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TABELA 1.2
Perda de Peso Mínima de um Material Metálico, quando Sujeito à Corrosão Eletrolítica
Metal Perda de peso
Fe 9,1 kg/A . ano
Cu 10,4 kg/A . ano
Pb 33,8 kg/A . ano
Al 2,9 kg/A . ano
A corrosão, nessas circunstâncias, é extremamente severa, bastando lembrar-se que, para o
caso das tubulações de aço revestidas, as fugas de corrente para o solo se processam em pontos
concentrados nas falhas do revestimento, podendo ocasionar furos na tubulação até mesmo em
poucos dias, dependendo do caso, com a perda de poucos gramas do metal.
1.3 CORROSÃO POR BACTÉRIAS
A corrosão por bactérias ou corrosão microbiológica em instalações enterradas, menos
freqüentemente de ser encontrada na prática, resulta, de um modo geral,da ação de certos tipos de
bactérias, em especial as redutoras de sulfatos. A corrosão por bactérias pode ser facilmente
eliminada com a utilização dos sistemas de proteção catódica, convenientemente ajustados.
1.4 MÉTODOS DE PROTEÇÃO CONTRA A CORROSÃO
Todos os processos corrosivos acima citados podem ser eliminados com relativa facilidade e
baixo custo mediante a utilização de um revestimento protetor convenientemente escolhido,
complementado por um sistema de proteção catódica que, para o caso de existência de correntes de
fuga de estradas de ferro eletrificadas, precisa ser utilizado por um sistema eficiente de drenagem
das correntes tubo/trilho (interligações elétricas, através de diodos adequadamente dimensionados e
instalados entre a tubulação enterrada e os trilhos da estrada de ferro).
1.4.1 Revestimentos Protetores
A escolha do revestimento a ser utilizado é função, entre outras variáveius, das condições do
meio onde a instalação será construída. Os revestimentos betuminosos, aplicados a quente, vêm
sendo utilizados há muitos anos para a proteção de tubulações, apresentando grande eficiência.
Mais recentemente estão sendo usados, também, revestimentos por meio de fitas adesivas.
O revestimento possui a finalidade específica de formar uma barreira protetora, isolante, entre o
metal e o solo ou água, impedind, com isso, o funcionamento das pilhas de corrosão. Desde que as
correntes de corrosão sejam impedidas de circular através do solo, a corrosão cessa totalmente.
Acontece, porém, que mesmo os revestimentos de boa qualidade, bem especificados e aplicados
com o máximo rigor, mediante preparo adequado da superfície, aplicação de primer conveniente,
inspeção com holiday detector e reparos, possuem falhas, devido à porosidade normal dos materiais
utilizados e aos danos decorrentes do transporte, manuseio e instalação, sem falar nas uniões
soldadas, que são revestidas, muitas vezes precariamente, por meio de processo manual. Além
disso, as variações das condições do solo contribuem para o envelhecimento da camada isolante,
com o passar do tempo diminuindo progressivamente sua eficiência. Sempre acontece que um
revestimento com excelente eficiência imediatamente após a construção da obra fica sujeito a várias
falhas em tempo relativamente curto. As correntes de corrosão fluindo através dessas falhas,
normalmente em pontos concentrados, contribuem para corrosão localizada, podendo furar a parede
metálica. No capítulo 9 estão descritos os principais tipos de revestimentos normalmente utilizados
para as instalações metálicas enterradas ou submersas, de um modo geral.
1.4.2 Proteção Catódica
O único método seguro e econômico para a proteção contra a corrosão de instalações
metálicas enterradas ou submersas, consiste no uso de um revestimento adequado, com as
preocupações normais de aplicação e inspeção, complementado pela proteção catódica.
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IEC Instalações e Engenharia de Corrosão Ltda. Página 21
A correta aplicação de um sistema de proteção catódica equivale à obtenção de um
revestimento perfeito, ou seja, totalmente isento de falhas, sendo que os revestimentos e a proteção
catódica estão intimamente ligados. Quanto melhor o revestimento, mais baixo o custo da proteção
catódica e quanto pior o revestimento, maior será a quantidade de corrente necessária para proteger
os tubos.
No capítulo seguinte são descritos os princípios básicos e os métodos de aplicação dos
sistemas de proteção catódica, incluindo considerações a respeito do seu custo.
SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA LUIZ PAULO GOMES
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CAPÍTULO 2
Proteção Catódica: Princípios Básicos e Métodos de Aplicação
2.1 INTRODUÇÃO
Com o desenvolvimento industrial que atravessa o Brasil, a utilização de instalações
metálicas enterradas ou submersas, tais como oleodutos, gasodutos, adutoras, redes de incêndio,
tubulações industriais enterradas, minerodutos, navios, emissários submarinos, plataformas de
petróleo, piers de atracação de navios, tanques de armazenamento e muitas outras, tem sido cada
vez mais freqüente. Em conseqüência, os problemas de corrosão aumentam em grandes proporções,
obrigando ao desenvolvimento e ao aperfeiçoamento de novas técnicas para o seu combate e
controle, tais como a aplicação de novos processos metalúrgicos, o uso de revestimentos protetores
e o emprego de proteção catódica, já agora bastante conhecidas e difundidas entre nós.
Esse capítulo trata da aplicação da técnica de proteção catódica, considerando desde os
princípios envolvidos até os métodos utilizados para o seu emprego eficiente.
A proteção catódica não é uma técnica recente, sendo utilizada há muitos anos nos países
mais desenvolvidos, depois de ter sido experimentada pela primeira vez, na Inglaterra, em 1824, por
Sir Humphrey Davy, para retardar a corrosão das chapas de cobre que revestiam os cascos de
madeira dos navios, mediante a fixação, naquelas estruturas, de pequenos pedaços de outros
materiais como o ferro, o estanho e o zinco.
No Brasil, o início efetivo de sua utilização se deu por volta de 1964, com a construção do
Oleoduto Rio–Belo Horizonte (ORBEL), da Petrobras. Mais recentemente, graças à aplicação
eficiente das técnicas de proteção catódica, as companhias de águas, de mineração, de energia
elétrica, de distribuição de gás, petróleo e derivados, as petroquímicas e indústrias, de um modo
geral, têm encontrado maior facilidade para resolver os problemas de corrosão causados pelo solo,
pela água ou por corrente de fuga, que aparecem com freqüência em suas instalações metálicas
subterrâneas ou submersas.
Mais recentemente, também as armaduras de aço das obras de concreto armado estão sendo
protegidas catodicamente, com bastante sucesso, conforme apresentado com detalhes no capítulo
21.
O emprego da proteção catódica no Brasil já se encontra bastante disseminado, sendo que todos os
materiais e equipamentos utilizados para a construção dos sistemas de proteção estão sendo aqui
fabricados, dentro das técnicas mais atualizadas.
2.2 PRINCÍPIOS BÁSICOS
Quando uma instalação metálica encontra-se enterrada ou submersa, conforme mostrado no
capítulo anterior, existe sempre um fluxo de corrente, através do eletrólito, desde a área anódica até
a área catódica, sendo que o retorno da corrente se processa por intermédio do circuito externo, que
no caso das tubulações enterradas é constituídos pelos próprios tubos. Quando a corrente deixa o
anodo ou área anódica e penetra no eletrólito, produz uma reação eletroquímica na sua superfície.
Essa reação envolve íons positivos do metal nas áreas anódicas e os íons negativos existentes no
eletrólito, resultando, como produto de corrosão, no composto do metal. A corrente migra através
do eletrólito e penetra na área catódica, sendo que nessa região os íons positivos provenientes da
solução são liberados, geralmente sob a forma de hidrogênio atômico. Freqüentemente há o
desprendimento de hidrogênio gasoso, podendo, ainda, através de reações secndárias, haver a
formação de outros composto tais como hidroxilas, carbonatos e cloretos. Assim sendo, nas áreas
catódicas as reações não se processam com o material metálico e, sim, c om o eletrólito, razão pela
qual existe ausência de corrosão. A formação de hidrogênio e outros compostos sobre a superfície
do catodo é conhecida com o nome de “polarizçaão catódica”, fenômeno que tende a reduzir a
atividade da pilha de corrosão. Entretanto, agentes despolarizantes, tais como o oxigênio,
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combinam-se com o hidrogênio, formando íons hidroxila ou água, o que mantém a atividade das
pilhas de corrosão.
As reações típicas que ocorrem, para o caso do aço, são as seguintes:
Reação que ocorre com o metal
Fe → Fe++ + 2e
Reaçõesque podem ocorrer no meio
• Meio neutro não-aerado
2H2O + 2e → H2 + 20 H
–
• Meio ácido não-aerado
2H+ + 2e → H2
• Meio ácido aerado
2H+ + ½ O2 + 2e → H2O
• Meio neutro aerado
H2O + 1/2 O2 + 2e → 2 OH
–
Evolução das Reações em Meio Aerado até a Formação da Ferrugem
Fe++ + 20H– → Fe(OH)2
2Fe (OH)2 + H2O + ½ O2 → 2 Fe (OH)3
)ferrugem(OHOFeouOHFeQ2)OH(Fe2 232
OH2–
3
2
⋅⋅ →
Em função dessas considerações, fica fácil concluir que, se conseguirmos fazer com que
toda a superfície de uma instalação metálica, enterrada ou submersa, adquira comportamento
catódico, a estrutura não sofrerá ataque corrosivo, ficando completamente protegida pela ação da
“proteção catódica”. Isso pode ser conseguido provendo-se a estrutura de um fluxo de corrente de
proteção, proveniente de uma fonte externa, com uma intensidade tal que seja capaz de anular as
correntes de corrosão das diversas pilhas existentes na superfície metálica.
Quando a estrutura ficar totalmente polarizada, a corrosão cessará. Na realidade, a corrosão
não é eliminada mas, sim, transferida para um material metálico de custo baixo que é usado como
anodo, enquando a valiosa instalação metálica, que pode ser uma tubulação, um casco de navio,
uma estaca cravada no mar, uma plataforma de petróleo, a base de um tanque de armazenamento,
ou a armadura de aço de uma obra de concreto, fica protegida.
Para melhor entender o fenômeno da proteção catódica, examinemos a equação fundamental
da corrosão, mostrada abaixo:
R
Ec–Ea
I =
onde:
I = corrente de corrosão, que flui do anodo para o catodo (ampéres);
Ea – Ec = diferença de potencial entre o anodo e o catodo (volts);
R = soma da resistência de saída da corrente do anodo para o eletrólito, com a
resistência de entrada da corrente do eletrólito para o catodo (ohm).
Pela equação, verificamos que quando existe a diferença de potencial “Ea – Ec” sobre a
superfície de uma estrutura enterrada e quando a resistência “R” possui um valor finito, a corrente
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de corrosão “I” flui, com o aparecimento do processo corrosivo, na área anódica. Proteger
catodicamente a estrutura significa evitar que a corrente continue fluindo, fazendo com que a
diferença de potencial entre as áreas anódica e catódica seja nula.
Outra maneira de anular-se a corrente de corrosão, como é fácil concluir, consiste em
aumentar infinitamente o valor da resistência “R”, o que pode ser conseguido mediante a aplicação
de um revestimento “perfeito” sobre a superfície da estrutura, solução não utilizada na prática, uma
vez que tal revestimento é economicamente inviável. Para a proteção da estrutura com a máxima
economia são usados, com muita freqüência, os esquemas mistos de proteção anticorrosiva,
utilizando-se um revestimento de custo vantajoso, com boas qualidades isolantes, complementado
com a instalação de um sistema de proteção catódica, de custo bastante baixo, já que a corrente de
proteção a ser aplicada, agora, pode ser de intensidade muito inferior.
Raciocinando de outra maneira, podemos dizer que a proteção catódica consiste em tornar positivo
o potencial do solo ou água que envolve a estrutura metálica que desejamos proteger, de tal maneira
que as correntes de corrosão não possam mais abandonar, diretamente para o solo, a superfície do
metal.
Foto 2.1 – Furo, causado por corrosão, de uma tubulação de aço
 enterrada revestida, porém sem proteção catódica.
2.3 MÉTODOS DE APLICAÇÃO DA PROTEÇÃO CATÓDICA
Existem dois métodos para a aplicação de um sistema de proteção catódica: o método
galvânico, ou por anoidos de sacrifício, e o método por corrente impressa. Em qualquer dos dois
existe um suprimenro de corrente contínua em quantidade tal que, penetrando, por exemplo, em
uma tubulação enterrada, é suficiente para eliminar as pilhas de corrosão normalmente nela
existentes. A escolha, na prática, do método a ser utilizado, depende da análise de várias
considerações técnicas e econômicas, sendo que cada qual tem suas vantagens e desvantagens.
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2.4 PROTEÇÃO CATÓDICA COM ANODOS GALVÂNICOS
Os anodos galvânicos, ou anodos de sacrifício, são normalmente os escolhidos quando se
precisa de pouca quantidade de corrente para proteger a estrutura (revestimento de boa qualidade e
estruturas de pequenas dimensões) e quando o solo possui baixa resistividade elétrica. As principais
vantatgens da utilização de anodos galvânicos para proteger, por exemplo, um oleoduto enterrado,
são as seguintes:
– não requer suprimento de corrente alternada no local;
– os custos de manutenção, após o sistema instalado, são mínimos;
– raramente aparecerão poblemas de interferência com outras instalações metálicas enterradas;
– os custos de instalação são baixos.
Por outro lado, as desvantagens são as seguintes:
– a quantidade de corrente fornecida à estrutura é limitada pela diferença de potencial,
bastante baixa, entre os anodos e a tubulação;
– a proteção ficará muito mais difícil se as resistividades elétricas do solo no local não forem
suficientemente baixas (no máximo 6.000 ohm.cm);
– se o revestimento dos tubos não for muito bom, ou se o oleoduto tiver grande diâmetro e
grande comprimento, a proteção com anodos galvânicos ficará muito cara, devido à grande
quantidade de anodos a ser utilizada;
– se a tubulação estiver influenciada por correntes de fuga, provenientes, por exemplo, de uma
estrada de ferro eletrificada, dificilmente os anodos galvânicos serão eficientes.
Quando um anodo galvânico é ligado a uma estrutura metálica enterrada, suge uma pilha
galvânica, conforme mostrado na figura 2.1.
Figura 2.1 – Proteção catódica com anodo galvânico.
O anodo galvânico é constituído de um metal eletronegativo em relação à estrutura e,
quando ligado a ela, dentro de um eletrólito como o solo ou a água, adquire comportamento
anódico, liberando a corrente de proteção.
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A corrente emitida pelo anodo penetra na tubulação através do solo ou da água, bloqueia as
correntes de corrosão e retorna ao seu ponto inicial, fechando o circuito por intermédio do fio de
cobre.
Para a utilização em solos, o magnésio e o zinco são bastante eficientes, sendo que para a água do
mar o zinco e, mais recentemente, o alumínio, são os melhores anodos. Esses metais, utilizados em
ligas apropriadas, são eletronegativos em relação ao aço, podendo protegê-lo com facilidade.
Os anodos galvânicos são geralmente enterrados envoltos em uma mistura de gesso,
bentonita e sulfato de sódio, que é utilizada como enchimento condutor. Esse enchimento permite a
diminuição da resistividade elétrica anodo/solo, reduz os efeitos da polarização do anodo e distribui
uniformemente o seu desgaste.
As características mais importantes de um anodo galvânico são o seu potencial em circuito
aberto (potencial medido em relação ao solo, utilizando um eletrodo de referência), a sua
capacidade de corrente (expressa normalmente em A . hora-kg) e sua eficiência (expressa em %),
conforme mostrado no capítulo 6.
Quando se dimensiona um sistema de proteção catódica com anodos de sacrifício, uma das
primeiras preocupações do projetista é o cálculo de sua vida, uma vez que em função dela serão
considerados os aspectos econômicos para a decisão sobre a sua utilização. A vida dos anodos
galvânicos é propocional ao peso, à capacidade de corrente dos anodos utilizados e inversamente
proporcionalmente ao peso, à capacidade de corrente dos anodos utilizados e inversamente
proporcional à corrente liberada, sendo que o resultado precisa ser multiplicado pelo fator de
utilização, normalmente em torno de 85%, uma vez que, na medida emque o anodo se consome, a
corrente liberada diminui, devido à redução das suas dimensões.
Os anodos galvânicos podem ser instalados isoladamente ou em grupos que recebem o nome
de “camas” ou “leitos”. Assim sendo, outra preocupação do projetista é determinar a quantidade de
corrente que um leito de anodos poderá liberar para a proteção da estrutura. Os principais fatores
que influenciam essa determinação são as dimensões e condições do revestimento da estrutura a ser
protegida, a profundidade em que eles são enterrados, o número e espaçamento dos anodos
utilizados, o potencial da estrutura em relação ao solo e a composição química do metal empregado,
sendo esta última fundamental, inclusive para o desempenho do anodo. As composições químicas
dos anodos precisam ser controladas com rigor, mediante especificações existentes, sob pena do
sistema projetado falhar totalmente se forem adquiridos e utilizados anodos com composição
química for a de determinados limites para alguns elementos importantes. Esse aspecto nos leva à
necessidade de escolher com rigor o fabricante do material a ser utilizado.
Para exemplificar a utilizados dos anodos galvânicos, podemos indicar, em função de nossa
experiência com a proteção de diversas estruturas enterradas, que uma tubulação de aço com
diâmetro de 8” e comprimento de 5 km, com revestimento convencional bem aplicado, à base de
piche de carvão, enterrada em solo com resistividade média em torno de 1.200 ohm.cm, pode ser
totalmente protegida contra a corrosão, por um período mínimo de 20 anos, mediante a instalação
de apenas 20 anodos convencionais de magnésio, convenientemente localizados em relação aos
tubos.
Com relação à escolha do tip de anodo a ser utilizado, precisamos analisar tanto o aspecto
técnico quanto o econômico. De um modo geral, dependendo da flutuação do mercado, o custo por
quilo do magnésio é maior que o custo por quilo do zinco. Por outro lado, o anodo de magnésio, por
ter o seu potencial em circuito aberto mais alto, possui a propriedade de liberar mais corrente,
podendo ser usado em solos com resistividade elétrica um pouco mais alta. Como indicação geral,
podemos dizer que os anodos de zinco são mais econômicos quando utilizados em solos com
resistividade elétrica abaixo de 1.000 ohm.cm. Como as resistividades elétricas que temos
encontrado, na maioria das regiões onde realizamos medições de campo, raramente se situam
abaixo desse valor, podemos adiantar que, para instalações terrestres, os anodos de magnésio são
muito mais utilizados que os de zinco. Os anodos de zinco possuem maior aplicação na proteção
catódica de estruturas de aço mergulhadas em água do mar. Outra aplicação dos anodos de zinco,
nos últimos anos, tem sido no aterramento elétrico de equipamentos, tais como torres de linhas de
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transmissão elétrica e tanques de aramazenamento, em substitução às tradicionais malhas e hastes
de cobre. Os anodos galvânicos, nesse caso, além de proporcionarem bom aterramento, eliminam a
pilha de corrosão aço/cobre antes existente e fornecem proteção catódica às estruturas enterradas.
Os anodos de alumínio estão sendo muito usados nos últimos anos, sendo que os resultados
têm sido excelentes, melhoes, inclusive, que os anodos de zinco, na proteção de estruturas de aço no
mar, como, por exemplo, nas plataformas de petróleo, conforme mostrado no capítulo 19.
2.5 PROTEÇÃO CATÓDICA POR CORRENTE IMPRESSA
O outro método de aplicação de proteção catódica em uma instalação metálica enterrada ou
submersa utiliza uma fonte externa de força eletromotriz, sendo, por isso mesmo, denominado de
método por corrente impressa. As fontes externas de força eletromotriz, largamente utilizadas na
prática, são os retificadores, equipamentos extremamente simples que, alimentados por intermédio
de um circuito de corrente alternada, fornecem a quantidade de corrente contínua necessária para a
eliminação das pilhas de corrosão existentes na superfície metálica que se deseja proteger.
Além dos retificadores de corrente, podem também ser utilizados, como fontes de f.e.m., embora
menos comuns, as unidades geradoras alimentadas a gás, os geradores termoelétricos, os geradores
movidos a vento, ou outro tipo qualquer de equipamento capaz de fornecer a corrente contínua
necessária ao sistema de proteção catódica.
Foto 2.2 – Anodos galvânicos de alumínio para a proteção de plataformas de petróleo.
Nesse capítulo consideraremos apenas os retificadores, uma vez que, no mundo inteiro, eles
constituem a grande maioria dentre as fontes de força eletromotriz utilizadas para a aplicação da
proteção catódica por corrente impressa.
Em conjunto com os retificadores, o método por corrente impressa utiliza anodos, tanto
quanto possível inertes no solo ou na água.
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As vantagens para a apliação do método por corrente impressa são:
– possibilidade de fornecer maiores quantidades de corrente às estruturas;
– possibilidade de controlar as quantidades de corrente fornecidas;
– possibilidade de ser aplicado em qualquer eletrólito, mesmo naqueles de elevada
resistividade elétrica;
– possibilidade de ser aplicado, com eficácia, para a proteção de estruturas nuas ou
pobremente revestidas;
– possibilidade de ser aplicado, com economia, para a proteção de instalações metálicas de
grande porte.
Figura 2.2 – Proteção catódica por corrente impressa.
As desvantagens para a utilização desse método são a necessidade de manutenção periódica,
ainda que de fácil realização, o dispêndio com a energia elétrica consumida, embora de pouca
monta, e a possibilidade de criar problemas de interferência com outras estruturas metálicas
enterradas nas proximidades, o que pode ser evitado com facilidade.
No sistema por corrente impressa, uma pilha eletrolítica é gerada, na qual fazemos com que
a estrutura a ser protegida funcione como catodo e a cama de anodos utilizada libere corrente para o
solo. Os anodos utilizados na prática são construídos de grafite ou de ligas metálicas, como as de
ferro e silício, e as de chumbo, antimônio e prata, sendo que as hastes de titânio ou nióbio com
revestimento muito fino de platina ou de óxidos especiais, são também utilizadas. Nos últimos anos
foram desenvolvidos anodos não metálicos, à base de polímeros especiais. Para os diversos tipos e
características dos anodos inertes, consultar a tabela 6.2, do capítulo 6.
Construídos de materiais apropriados, os anodos, ao liberarem corrente para o solo em
direção à estrutura que se encontra ligada ao negativo do retificador, sofrem desgaste suave, que
depende do material utilizado e da densidade de corrente (a/m2) aplicada nas suas superfícies,
conforme mostrado no capítulo 6.
A grande vantagem desse método é a possibilidade de poder-se regular, com extrema
facilidade, em função das medições dos potenciais estrutura/solo, a corrente de proteção liberada
pelos anodos, mediante ajuste nos taps de saída do retificador.
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Foto 2.3 – Anodo inerte de ferro-silício.
O retificador constitui-se, basicamente, de um transformador que abaixa a tensão de
alimentação para o valor desejado no circuito de proteção catódica, de uma coluna retificadora, que
pode ser construída com placas de selênio ou com diodos de silício, de instrumentos para as
medições das voltagens e das correntes de saída, de um horímetro, de dispositivos convencionais de
proteção elétrica, como pára-raios, fusíveis e disjuntores, além de taps, para a regulagem da tensão
de saída em corrente contínua.
Os anodos são instalados na posição vertical ou horizontal, sendo comum o uso de
enchimento condutor de coque metalúrgicomoído. Quando o coque é convenientemente
compactado em torno do anodo, obtém-se menor resistência de saída da corrente para o solo, além
da diminuição do consumo do anodo, uma vez que boa parte da corrente é descarregada por
intermédio do coque metalúrgico.
Para o dimensionamento criterioso de um sistema de proteção catódica, torna-se necessário um
levantamento de campo no local, onde precisam ser realizados testes, medições, inspeção visual e
anotações a respeito das condições encontradas. Mediante a análise criteriosa dos dados assim
obtidos, o projetista de proteção catódica possui condições de determoinar a quantidade total de
corrente a ser instalada, o uso de anodos galvânicos ou de retificadores, o número, tipo, dimensões,
profundidade e espaçamento dos anodos a serem utilizados e todas as outras variáveis envolvidas.
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Foto 2.4 – Retificador de corrente para proteção catódica.
2.6 CORRENTE NECESSÁRIA PARA PROTEÇÃO CATÓDICA
A corrente necessária para proteção catódica dependente fundamentalmente de vários fatores:
– área a proteger e condições do revestimento;
– resistividade elétrica do solo;
– dificuldades de polarização da estrutura;
– forma geométrica da estrutura.
Devido às grandes variações existentes nos fatores acima relacionados, seja de uma estrutura
para outra ou numa mesma estrutura, podemos afirmar que a única maneira de se avaliar, com
precisão, a corrente necessária para a proteção, é por intermédio do “teste de corrente”, no campo.
Por outro lado, em muitos casos existem vantagens técnicas e econômicas que ditam a necessidade
de se projetar o sistema de proteção catódica antes mesmo da obra ter sido construída.
Nessas circunstâncias recorremos, então, à experiência adquirida em casos semelhantes e a valores
disponíveis na literatura especializada.
Alguns autores, por exemplo, citam valores de densidade de corrente variando de 3 a 60
mA/m2 de superfície nua para tubulações enterradas. Em solos de alta resistividade elétrica, essa
variação pode ser considerada de 3 a 10 mA/m2 e de 10 a 60 mA/m2 para o caso de solos de baixa
resistividade elétrica. Para água do mar, dependendo das condições podem ser usadas densidades de
corrente de até 600 mA/m2.
No capítulo 5 o leitor encontrará maiores informações sobre o assunto.
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2.7 CRITÉRIOS DE PROTEÇÃO CATÓDICA
Após ligado o sistema de proteção catódica, torna-se necessário verificar se a estrutura
metálica ficou realmente protegida contra a corrosão.
Embora existam outros critérios para permitir tal verificação, o procedimento normalmente adotado
consiste em medir os potenciais em relação ao eletrólito, em vários pontos da estrutura, após o
sistema de proteção catódica ser colocado em funcionamento.
As medições dos potenciais estrutura/eletrólito são feitas com o auxílio de um voltímetro
apropriado, com alta resistência interna (igual ou maior que 100.000 ohm/volt), tendo o seu
terminal negativo ligado na estrutura a ser testada e o seu terminal positivo ligado a um eletrodo ou
meia-célula de referência, que é colocado em contato com o eletrólito (figura 2.3).
Figura 2.3 – Medição do potencial tubo/solo de uma tubulação enterrada.
Os eletrodos de referência mais utilizados são os seguintes:
– instalações enterradas ou embutidas no concreto: Cu/CuSO4 (cobre/sulfato de cobre) ou
eletrodo de zinco, com composição igual à dos anodos;
– instalações submersas: Ag/AgCl (prata/cloreto de prata) ou eletrodo de zinco, com
composição igual à dos anodos;
– experiências em laboratório: eletrodo de calomelano saturado (ECS).
Para o aço, enterrado ou submerso, os valores limites dos potenciais que devem ser
encontrados em todos os pontos medidos da estrutura metálica protegida catodicamente são os
seguintes:
– usando o eletrodo de Cu/CuSO4: potenciais iguais ou mais negativos que –0,85V;
– usando o eletrodo de Ag/AgCl: potenciais iguais ou mais negativos que – 0,80V;
– usando o eletrodo de calomelano saturado (ECS): potenciais iguais ou mais negativos que –
0,78V;
– usando o eletrodo de zinco: potenciais iguais ou menos positivos qie +0,25V.
Outro critério também utilizado consiste em promover, mediante a injeção da corrente de
proteção catódica, uma elevação mínima de 0,30V (em alguns casos 0,25 V é suficiente), no campo
negativo, no potencial natural (potencial medido antes da ligação do sistema de proteção catódica)
da estrutura. Esse critério é válido qualquer que seja o eletrodo de referência usado.
Para o aço embutido no concreto, o critério de proteção utilizado é um pouco diferente,
conforme mostrado com detalhes no capítulo 21.
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Para os metais e ligas, que não o aço, os potenciais mínimos de proteção são outros,
dependendo do potencial natural de cada um.
Quando não se sabe qual o potencial de proteção de determinada liga ou material metálico, um
critério seguro para protegê-lo consiste em elevar seu potencial no campo negativo em 0,30V, sendo
que, para os materiais anfóteros (chumbo, zinco, alumínio e estanho), basta que essa variação seja
de 0,15V.
Esses metais não podem ser polarizados com potenciais mais negativos que –1,2V, pois
sofrem corrosão severa, chamada de corrosão catódica, devido aos valores altos de pH
desenvolvidos, tornando o meio muito alcalino.
2.8 MANUTENÇÃO DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA
De uma maneira geral, acredita-se que sistemas de proteção catódica, principalmente quando
por anodos galvânicos, não necessitam de manutenção. Essa crença é destituída de fundamento, de
vez que a proteção catódica das estruturas depende do funcionamento permanente do sistema
instalado.
Logicamente, a interrupção no sistema de proteção não provoca, a curto prazo, prejuízos de
monta, tais como “lucros cessantes”. Entretanto, se as paralisações forem constantes, a médio e a
longo prazo pode-se contar com prejuízos dessa natureza.
Além dos prejuízos materiais pode-se também esperar perdas de vidas humanas e, nos casos
de companhias concessionárias de serviços públicos, descrédito perante os usuários.
 Promover a instalação de um sistema de proteção catódica sem cuidar de sua manutenção é
desperdícios de recursos.
Qualquer que seja o sistema instalado, proteção catódica por anodos galvânicos ou por
corrente impressa, deve-se estabelecer um programa de acompanhamento que possibilite os ajustes
necessários em temo útil, conforme pode ser visto no capítulo 8.
2.9 CUSTO DA PROTEÇÃO CATÓDICA
O custo total de um sistema de proteção catódica não pode ser calculado previamente com
precisão. Isso é facilmente compreensível, uma vez conhecidos os componentes desse custo, que
são:
– custo do levantamento de dados de campo;
– custo do projeto;
– custo dos materiais;
– custo da instalação;
– custo da manutenção.
O custo do levantamento de dados de campo varia pouco, dependendo das condições de
acesso ao traçado da tubulação, bem como da sua extensão.
O custo do projeto também pode ser considerado de pequena variação.
Os componentes seguintes, entretanto, acarretam a impossibnilidade da precisão no cálculo
antecipado do custo de um sistema de proteção catódica.
Esses componentes dependem basicamente do projeto que, por sua vez, está ligado aos
dados obtidos nos levantamentos de campo. Verificamos, então, que uma vez realizado o
levantamento de campo, é perfeitamente possível estabelecer-se o custo da proteção catódica.
Os dados que mais influem na composição do custo são:
– resistividade elétrica do solo, principalmente dos locais disponíveis para lançamento das
camas de anodos;
– qualidade do revestimento empregado;
– disponibilidade de corrente alternadapara alimentação dos retificadores;
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– correntes de interferência na região;
– dimensões e tipo da instalação a proteger.
Dispondo desses dados, o engenheiro de proteção catódica pode definir o sistema mais
adequado técnica e economicamente para o caso em estudo.
Constata-se, assim, a dificuldade de prever-se com precisão o custo de um sistema de
proteção catódica. Entretanto, para fins orçamentários, podemos indicar, com base em nossa
experiência, que esse custo pode variar desde 5% do valor global da obra, para pequenas
instalações, até menos que 1% para as obras de grande porte, valores bastante baixos,
principalmente se analisarmos os aspectos relativos à segurança operacional, por tempo ilimitado,
que os sistemas de proteção cadótica proporcionam.
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CAPÍTULO 3
Medições de Campo para a Elaboração de Projetos de Proteção Catódica
3.1 INTRODUÇÃO
A proteção catódica de instalações metálicas enterradas ou submersas constitui-se, em
complementação aos revestimentos protetores, no único processo economicamente aplicável para
combater o ataque corrosivo, pelo solo ou pela água, de estruturas importantes.
Para o dimensionamento criterioso de um sistema de proteção catódica, o engenheiro de
corrosão precisa munir-se de uma série de informações técnicas a respeito da instalação a ser
protegida, informações essas que, em conjunto com as medições obtidas no campo, fornecerão os
dados fundamentais para a elaboração e sucesso do seu projeto.
3.2 INFORMAÇÕES LEVANTADAS ANTES DOS TRABALHOS DE CAMPO
Essas informações, além de auxiliarem na previsão dos problemas de corrosão esperados,
permitem planejar o programa das medições de campo a serem realizadas. As mais importantes são
as seguintes:
– material da estrutura a ser protegida, incluindo suas propriedades;
– especificação e propriedades do revestimento utilizado;
– histórico de furos ou problemas sérios de corrosão já experimentados, caso a estrutura a
proteger já se encontre em operação;
– características dimensionais e geométricas da estrutura;
– características dos tubos-camisa existentes nas travessias com estradas de ferro e de
rodagem, dos tipos de uniões utilizados (solda, flange, ponta e bolsa) e localização de
ramais, para o caso de tubulações;
– número total de estacas, comprimentos enterrados e submersos, detalhes de interligação
elétrica e informações detalhadas sobre ciclos de variação de maré da região, para o caso de
estacas de piers de atracação;
– tipo de fundação empregado, detalhes de interligação elétrica e previsão ou não de sistema
de aterramento elétrico, para o caso de tanques de armazenamento;
– mapas e desenhos detalhados da obra em estudo;
– localização de todas as tubulações ou outras instalações metálicas enterradas ou submersas
que cruzem ou se aproximem da estrutura a ser protegida;
– presença ou não de sistemas de proteção catódica já existentes para proteção dessas outras
estruturas, incluindo o cadastramento de todas as características e as condições de
funcionamento de tais sistemas;
– localização e levantamento cuidadoso das condições de operação das linhas de transmissão
elétrica em alta tensão que sigam em paralelo ou cruzem com as tubulações metálicas
enterradas, capazes de causar problemas de indução de corrente;
– localização e levantamento cuidadoso de todas as fontes de corrente contínua existentes nas
proximidades, que possam causar qualquer problema de corrosão eletrolítica na estrutura
metálica;
– localização e características de todas as linhas de corrente alternada existentes na região,
possíveis de serem utilizadas para a alimentação dos retificadores do sistema de proteção
catódica.
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3.3 MEDIÇÕES DE CAMPO
Depois de levantadas e analisadas com cuidado as informações anteriores, o engenheiro de
corrosão organiza o seu programa de medições de campo, que pode utilizar, de acordo com a
necessidade, todas ou algumas das técnicas a serem comentadas. A escolha de cada uma delas, bem
como dos instrumentos especiais a serem empregados, é ditada pelas características de cada
situação em particular, sendo que a experiência com outros trabalhos semelhantes, já executados,
muito auxilia o engenheiro de corrosão na sua tarefa.
3.3.1 Resistividades Elétricas
Um dos fatores que mais influencia a corrosão das instalações metálicas enterradas ou
submersas é a resistividade elétrica do meio onde elas se encontram.
A resistividade elétrica da água e dos solos possui ampla faixa de variação, dependendo da
quantidade de sais dissolvidos, das características geológicas e da quantidade da água contida no
solo. Por exemplo, a água do mar, dependendo da região, pode apresentar valores desde 20 até 100
ohm.cm, sendo que o mais comum se situa em torno de 40 ohm.cm. Para o solo, já medimos
resistividades elétricas que variaram desde 200 até 2.000.000 ohm.cm. Como indicação geral,
podemos dizer que, na cidade de São Paulo, as resistivades elétricas situam-se, normalmente, acima
de 15.000 ohm.cm, enquanto que no Rio de Janeiro os valores que temos medido são bastante
baixos, geralmente menores de 5.000 ohm.cm.
Existem vários métodos satisfatórios para a medição das resistividades elétricas de águas e
de solos. Entretanto, o mais prático e mais utilizado no campo da proteção catódica, usado
principalmente para solos, é o Método dos Quatro Pinos, também chamado Método de Wenner.
Para medições da resistividade elétrica da água, de amostras de solos ou de outras
substâncias, o acessório utilizado com freqüência é o Soil Box, uma pequena caixa dom duas
paredes opostas metálicas, onde a resistência e, conseqüentemente, a resistividade elétrica do
material, é determinada com boa precisão.
Foto 3.1 – Medição da resistividade elétrica do solo.
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Com os valores obtidos nas medições das resistividades elétricas ao longo, por exemplo, de
um gasoduto enterrado, podemos construir o perfil de resistividades do solo, normalmente em
quatro profundidades diferentes (1,5 m, 3,0 m, 4,5 m e 6,0 m), fundamental para a avaliação das
condições de corrosão externa da tubulação metálica. As medidas das resistividades elétricas são
ainda bastante valiosas para a escolha dos melhores locais para a instalação das camadas de anodos
do sistema de proteção catódica destinado à proteção da estrutura, uma vez que, para o
funcionamento econômico dos retificadores de correntes ou dos anodos galvânicos, são necessários
circuitos de baixa resistência elétrica. Por outro lado, o estudo das influências das linhas de
transmissão de corrente alternada em alta tensão, sobre as tubulações metálicas enterradas, depende
fundamentalmente da resistividade elétrica do solo.
3.3.2 Potenciais Estrutura/Eletrólito
Os potenciais estrutura/eletrólito significam o potencial elétrico existente entre a estrutura
metálica e o meio que a envolve. A medição desse potencial é feita, no campo, por intermédio de
um voltímetro com alta resistência interna (100.000 ohm/volt, no mínimo), de tal maneira que o
terminal negativo seja ligado à estrutura metálica que se deseja testar e o terminal positivo a um
eletrodo de referência, normalmente uma meia-célula de cobre/sulfato de cobre (para solos) e
prata/cloreto de prata (para água do mar), colocado em contato com o meio. O voltímetro utilizado
precisa ter alta resistência interna para que as leituras sejam pouco influenciadas pela resistência
externa do circuito elétrico estabelecido (meia-célula/solo/estrutura), o que resulta em boa precisão
na medição.As medidas dos potenciais fornecem informações bastante valiosas para o engenheiro de
corrosão, incluindo, principalmente, a avaliação das condições de corrosividade do solo ou da água,
a localização dos chamados hot spots (pontos de corrosão severa) para o caso das estruturas nuas, a
localização de áreas sujeitas à corrosão eletrolítica causada por corrente de fuga e as condições de
corrosão ou de proteção catódica de qualquer estrutura metálica testada.
Como indicação geral, com base em nossa experiência em tubulações enterradas,
verificamos que os valores dos potenciais tubo/solo, medidos com relação ao eletrodo de
Cu/CuSO4, variam desde –0,1V até –0,87V, dependendo do revestimento externo dos tubos e das
condições do solo. Valores positivos, ou flutuações nas leituras, são indicação segura da presença
de correntes de interferência, sendo comum variações desde +50V até –50V, para o caso de
tubulações que cruzam ou se aproximam de estradas de ferro eletrificadas.
Potenciais positivos são extremamente nocivos para a estrutura metálica, uma vez que
significam a existência de descargas de corrente diretamente para o solo, ou seja, que a estrutura
encontra-se funcionando como anodo ativo de uma cuba eletrolítica, sofrendo corrosão severa.
Nesse caso, para uma análise criteriosa das condições de eletrólise a que a tubulação esteja
poventura submetida, torna-se necessária a realização de vários registros prolongados dos potenciais
tubo/solo e trilho/solo, em pontos considerados críticos, mediante a utilização de voltímetros
registradores apropriados.
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Foto 3.2 – Registro do potencial tubo/solo sendo feito no ponto de teste de uma tubulação enterrada.
Outra maneira de se verificar a existência de correntes de fuga consiste na execução do teste
dos dois eletrodos. Esse teste pode ser feito verificando-se a existência de flutuações na diferença de
potencial medida entre dois eletrodos de Cu/CuSO4, instalados no solo e separados por uma
distância proximada de 20 m, recomendando-se mais de uma medição em um mesmo ponto, com a
modificação das posições dos eletrodos em direções ortogonais. As flutuações dos potenciais
indicam, com segurança, a existência de correntes de fuga no solo e a possibilidade de corrosão
eletrolítica nas tubulações enterradas na região.
O projeto de proteção catódica, em tais circunstâncias, precisa ser definido com extremo
cuidado, mediante a previsão de dispositivos de drenagem de corrente, para que se obtenha uma
proteção eficiente da estrutura.
Foto 3.3 – Medição do potencial tubo/solo de uma tubulação.
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3.3.3 Acidez do Solo
Na maioria dos casos, os solos encontrados ao longo de tubulações enterradas possuem
características aproximadamente neutras (pH 7). Existem, entretanto, regiões que apresentam
condições anormais, com a existência de solos ácidos ou alcalinos. As condições alcalinas não
apresentam problema sério de corrosão para as tubulações de aço enterradas, sabendo-se mesmo
que uma estrutura de aço mergulhada em uma solução suficientemente cáustica, com pH em torno
de 11, pode descarregar corrente diretamente para o meio, sem desgaste acentuado. Além disso,
uma das características da proteção catódica é tornar alcalino o meio em contato com a superfície
metálica protegida. Tais condiçoes, entretanto, são extremamente nocivas para o chumbo, o zinco, o
alumínio e o estanho, sendo mesmo impossível a proteção catódica desses metais quando
mergulhados em um meio com pH maior que 10.
Por outro lado, a existência de condições ácidas em torno de uma estrutura metálica
enterrada, possui o grande inconveniente de dificultar a sua polarização ao potencial mínimo de
proteção catódica (–0,85V em relação à meia-célula de Cu/CuSO4), uma vez que o ácido atua como
agente despolarizante. Isso aumenta consideravelmente a quantidade de corrente necessária para
proteção da estrutura. Assim sendo, nas regiões onde supõe-se possível a existência de condições
químicas anormais, recomenda-se a realização de um levantamento de pH do solo ou da água que
envolva a estrutura metálica em estudo.
Os métodos para a medição do pH são por demais conhecidos, sendo que, para aplicações
práticas no campo, podem ser utilizadas as leituras de potenciais entre um eletrodo de Cu/CuSO4 e
um eletrodo de antimônio, uma vez que o valor de pH é proporcional à diferença de potencial
medida. Com o auxílio de uma pequena tabela, as leituras de potenciais são convertidas, com
aproximação aceitável, ao valor do pH correspondente.
3.3.4 Pesquisa de Corrosão por Bactéria ou Corrosão Microbiológica
Certas bactérias, que podem viver sob condições anaeróbicas (ausência de oxigênio) nas
proximidades da supefície de uma tubulação de aço enterrada, possuem a propriedade de reduzir
sulfatos, liberando sulfetos e consumindo hidrogênio nesse processo. O consumo de hidrogênio na
superfície do aço atua como despolarizante das áreas catódicas, o que aumenta a demanda de
corrente para a proteção catódica. Já os sulfetos liberados atacam o fero, acelerando a corrosão do
aço.
Para a determinação, no campo, da presença de bactérias redutoras de sulfato, utiliza-se o
método do potencial Redox, que permite a medição do potencial de redução do oxigênio, na
profundidade da tubulação testada, em cada ponto de observação. Esse potencial é medido entre
uma lâmina limpa de platina e um eletrodo de referência qualquer, tomando-se o cuidado de
converter o valor encontrado para o valor correspondente do eletrodo padrão de hidrogênio.
O uso do método não é simples, requer algum tempo, cuidados especiais e não é utilizado
com freqüência nos levantamentos de campo. Recomenda-se a sua utilização apenas nos casos em
que haja suspeita de que a corrosão por bactéria possa constituir-se em problema grave de corrosão.
3.3.5 Medições de Corrente
As medições de corrente são viáveis para o caso de tubulações.
Se uma tubulação encontra-se sob processo corrosivo, existe um fluxo de corrente ao longo
do seu comprimento, fechando circuito com o solo ou com a água que a envolve, cujo sentido, em
alguns pontos, se processa do solo para a tubulação e, em outros, da tubulação para o solo. Esse
fluxo de corrente aparece em função das pilhas de corrosão (diferenças de potencial) que se formam
sobre a estrutura metálica, sendo que, quando essas pilhas são de grandes proporções, a corrente que
circula na tubulação pode ser medida, embora com dificuldade. Por intermédio dessas medições
podemos determinar as regiões preferenciais de saída de corrente para o solo, ou seja, as áreas
anódicas onde a corrosão se processa na estrutura.
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A intensidade de corrente pode ser calculada pela Lei de Ohm, mediante a medição da queda
de potencial entre dois pontos suficientemente espaçados (30 a 40 m) da tubulação metálica. A
queda de potencial pode ser medida com um voltímetro adequado e a resistência do circuito é
função da resistência por metro linear da tubulação testada.
3.3.6 Testes para a Determinação da Corrente Necessária para Proteção Catódica e das
Condições de Polarização da Estrtutura
Esses testes são realizados mediante a injeção de corrente na estrutura a ser estudada, com
auxílio de uma fonte de corrente contínua (bateria, máquina de solda, retificador de corrente) e uma
cama de anodos provisória (sucata de aço). Mediante a medição dos potenciais da estrutura em
relação ao solo ou à água, a quantidade de corrente injetada pode ser gradativamente aumentada até
que parte da estrutura alcance o potencial de proteção catódica. Os valores da corrente injetada e da
área protegida temporariamente permitem o cálculoda densidade de corrente (A/m2) a ser utilizada
para o dimensionamento do sistema de proteção catódica, conforme mostrado esquematicamente na
figura 3.1.
Figura 3.1 – Esquema típico para o teste de injeção de corrente em uma tubulação enterrada.
Quando o projeto de proteção catódica é definido antes da construção da estrutura, o valo da
densidade de corrente precisa ser estimado. Nesse caso, a experiência do engenheiro de corrosão é
fundamental, uma vez que os aspectos relativos às dimensões, forma geométrica e revestimento da
estrutura, além dos valores das resistividades elétricas do meio, influenciam decisivamente a
determinação da quantidade de corrente necessária para proteção.
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3.3.7 Testes nas Travessias com Tubos-Camisa
A mesma fonte de corrente contínua usada para os testes de corrente pode ser aproveitada
para testar, no caso de tubulações enterradas, as condições de isolamente elétrico dos tubos-camisa,
normalmente utilizados nas travessias com estradas de fero ou de rodagem. Esse teste é importante
porque qualquer contado elétrico entre o tubo-camisa e a tubulação aumenta consideravelmente a
quantidade de corrente necessária para a proteção catódica da linha.
3.3.8 Escolha dos Locais para a Instalação dos Retificadores, Leitos de Anodos e
Equipamentos de Drenagem
A escolha dos locais de instalação dos retificadores, leitos de anodos e equipamentos de
drenagem é, na realidade, a etapa mais importante de um trabalho de campo e o êxito do projeto de
proteção catódica dependerá bastante da execução correta dessa tarefa.
Para a instalação dos conjuntos retificador/leito de anodos em uma tubulação enterrada, devem ser
pesquisados locais com as seguintes características:
– disponibilidade de energia elétrica em baixa ou média tensão nas proximidades (máximo de
15 kV);
– solo co baixa resistividade elétrica (até 6.000 ohm.cm, para sistemas galvânicos e, de
preferência, mais baixo que 12.000 ohm.cm, para sistemas por corrente impressa);
– fácil acesso;
– espaço suficiente para instalação dos anodos./
Para os locais de instalação dos equipamentos de drenagem, são necessárias as seguintes condições:
– cruzamento ou proximidade com estrada de ferro eletrificada;
– existência de energia elétrica em baixa ou média tensão, para o caso dos equipamentos de
drenagem com dispositivo de proteção temporizada, que necessitam ser alimentados
eletricamente.
Outro ponto importante a ser cuidadosamente considerado consiste na escolha dos locais de
instalação dos pontos de teste, caixas de interligação elétrica com outras tubulações e juntas de
isolamento elétrico.
No capítulo 23 são apresentados os trabalhos de levantamento de campo que executamos
para o dimensionamento do sistema de proteção catódica do Gasoduto Rio/São Paulo. Os
procedimentos descritos podem ser usados como orientação para os serviços de campo em
instalações similares.
3.3.9 Outros Testes, Medições e Observações
Além das técnicas acima descritas, o engenheiro de corrosão, dependendo de cada caso
específico, pode realizar outros testes, medições e observações. Dentre as tarefas complementares,
menos comuns de serem executadas, podemos citar as escavações para exame visual em vários
pontos da estrutura metálica enterrada, as determinações, por meio de injeção de corrente, da
resistência elétrica média do revestimento utilizado, e a colheita de amostras, para posterior análise
de laboratório, do produto oriundo da corrosão da estrutura estudada.
3.4 CONCLUSÃO
Qualquer que seja a estrutura metálica a ser protegida, o projeto de proteção catódica só
pode ser elaborado com sucesso após a realização das medições e testes de campo convenientes,
segundo técnicas de eficiência comprovada, no seu local de instalação. A experiência do engenheiro
de corrosão e de seus auxiliares é fundamental para a análise segura das condições encontradas e
para a elaboração do projeto de proteção catódica mais adequado para cada caso particular
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CAPÍTULO 4
Instrumentos de Medição para Proteção Catódica
4.1 INTRODUÇÃO
Neste capítulo são apresentadas as principais características dos instrumenros e acessórios
utilizados em serviços de proteção catódica.
Desde logo é preciso observar que os instrumentos utilizados nesses trabalhos estão sujeitos
a todo tipo de transporte e manuseio, em situações de campo e clima freqüentemente adversas, o
que exige uma construção sólida, compacta e robusta.
Além disso, devido á natureza e variação das medições necessárias, é essencial que os
instrumentos selecionados atendam a requisitos bem definidos, no que se refere à precisão e
exatidão de suas indicações.
4.2 VOLTÍMETROS
Uma das medições mais frqeüentemente efetuadas, em serviços de corrosão, é a
determinação da voltagem entre um eletrodo de referência e a estrutura metálica em consideração.
A utilização de equipamentos inadequados, ou usados de forma incorreta, pode levar a resultados
inteiramente distorcidos.
4.2.1 Voltímetros Convencionais
Para serviços de proteção catódica é recomendável a utilização de voltímetros que tenham o
zero ligeiramente deslocado para a direita, ou mesmo situado no centro da escala de medição, ao
invés dos instrumentos mais comuns, com o zero à esquerda. Isso porque, no caso de ocorrência de
correntes de interferência, o trabalho do operador é bastante simplificado, pois permite o
acompanhamento das variações de potencial sem o acionamento da chave de inversão da
polaridade. O princípio básico de funcionamento de um voltímetro é o seguinte:
• quando um voltímetro é ligado em paralelo com um potencial desconhecido, esse potencial
causa a passagem de uma corrente elétrica através da bobina móvel do instrumento. Esta corrente
cria um campo magnético na bobina móvel que reage em função do campo magnético já existente
entre os pólos do ímã permanente, que é parte do instrumento. A força do campo magnético na
bobina móvel aumenta à medida em que a corrente que passa através da bobina aumenta. Com uma
corrente específica circulando através da bobina, o campo magnético estabelecido na bobina reage
em função do campo magnético permanente, e a bobina gira sobre seus pontos de apoio, até que a
força da reação seja exatamente equilibrada pela força de retenção exercida por uma mola. Uma
agulha acoplada à bobina móvel indica, então, sobre uma escala graduada, a intensidade da corrente
que passa por ela. Verifica-se, assim, que o voltímetro convencional de corrente contínua é, na
realidade, um dispositivo de mediação de corrente.
4.2.1.1 Voltímetros convencionais de alta resistência
Um voltímetro de alta resistência interna (ou alta sensibilidade), como os exigidos para
medições de potenciais entre uma estrutura e um eletrodo de referência, deve ter uma resistência
mínima de 100.000 ohm por volt. Isso é necessário porque a resistência do circuito que está sendo
medido pode ser alta. Se o voltímetro exigir muita corrente para operar seus movimentos, haverá
uma queda de tensão muito grande na resistência do circuito externo e o potencial verdadeiro não
será o indicado pelo voltímetro. Verifica-se, assim, que o uso de um voltímetro inadequado pode
facilmente induzir a erro o observador quanto ao nível de proteção de uma estrutura.
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4.2.1.2 Voltímetros convencionais de baixa resistência
Para a medição de voltagens muito baixas, da ordem de 1 a 2 milivolts, por exemplo, são
mais indicados os voltímetros de baixa resistência interna. Isso porque no caso de voltímetros de
alta resistência, o conjunto da bobina móvel tem uma resistência tão elevada que não permite a
deflexão da agulha parabaixos potenciais. De um modo geral, esses voltímetros apresentam uma
resistência interna da ordem de 1.000 ou 2.000 ohms por volt.
4.2.1.3 Voltímetros potenciométricos
São utilizados em locais onde a resistividade do solo é muito elevada, em que os voltímetros
convencionais estão sujeitos a erros em suas indicados devido à resistência de contato entre o
eletrodo de referência e o solo. Tais voltímetros possuem uma fonte própria de energia e a leitura do
valor da tensão é obtida mediante a comparação dos valores dos potenciais da estrutura e da sua
fonte interna.
4.2.1.4 Voltímetros eletrônicos
São construídos para permnitir leituras de potenciais sem drenar quantidade apreciável de
corrente do circuito a ser medido. O sinal de entrada é eletronicamente amplificado, de forma a
permitir a operação do que seria um instrumento convencional.
Antigamente denominados VTVM (vacuum tube voltmeter), ou seja “voltímetros à válvula”,
já no prsente são transistorizados, apresentando como maior vantagem sua elevada resistência
interna.
Foto 4.1 – Voltímetro registrador, voltímetro eletrônico e eletrodo de referência de Cu/CuSO4, para
medição do potencial tubo/solo.
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4.3 AMPERÍMETROS
São instrumentos usados para medir-se a intensidade da corrente elétrica. Em serviços de
proteção catódica, são de grande utilidade para a medição de corrente de saída de retificadores, de
anodos galvânicos e outras aplicações semelhantes.
O princípio de funcionamento de um amperímetro de corrente contínua é o mesmo que o de
um voltímetro convencional, conforme já mencionado. Normalmente, são instrumewntos de baixa
resistência interna.
4.3.1 Amperímetro de Resistência Nula
Assim como nas medições de potenciais, um voltímetro potenciométrico atenua os efeitos de
um cicuito de alta resistência externa, um amperímetro de resistência nula reduz os efeitos da
resistência de um amperímetro inserido em um circuito de baixa resistência. Isso é obtido usando-se
a corrente de uma barreira para compensar a queda de tensão através do amperímetro, o que permite
leituras muito precisas.
4.4. MEDIDORES COMBINADOS
Os medidores de múltiplas combinações são muito práticos e convenientes por permitirem a
redução da quantidade de equipamentos para os serviços de campo. Podem ser construídos com um
ou dois instrumentos, sendo que nestes últimos são utilizados um voltímetro de alta e um de baixa
resistência. Prestam-se para todos os trabalhos de medição de potenciais, corrente, medições
potenciométricas e de resistências de circuitos.
Os multi-medidores têm experimentado grande avanço tecnológico nos últimos anos, de
forma a incorporar, em suas características principais, tamanho e peso bastante reduzidos, robustez,
facilidade de operação e alto nível de precisão, razão pela qual estão sendo cada vez mais utilizados,
principalmente os digitais.
4.5 INSTRUMENTOS PARA MEDIÇÕES DE RESISTIVIDADES
São essenciais para a escolha de locais apropriados à instalação de leitos de anodos e que
devem necessariamente apresentar baixa ou média resistividade elétrica, valor esse que determina o
tipo e quantidade de anodos a serem utilizados.
4.5.1 Vibroground
É o instrumento mais tradicionalmente empregado para esse fim. Utiliza o Método dos
Quatro Pinos, também conhecido como Método de Wenner. Alimentado por pilhas comuns, contém
um vibrador síncrono, que transforma a corrente contínua em alternada. Por intermédio de quatro
pinos de aço, eqüidistantes, fincados no solo, é medido uma diferença de potencial, entre dois dos
pinos, ao injetar-se certa quantidade de corrente, por intermédio dos outros dois. A diferença de
potencial medida representa a queda de potencial através do solo compreendido entre os pintos e
pode ser traduzida em resistividade elétrica. Uma característica importante desse método é que as
resistividades elétricas podem ser medidas a profundidades diferentes, mediante a variação do
espaçamento entre os pinos de aço utilizados.
4.5.2 Megger
Outro tipo de instrumento disponível, que utiliza também o Método dos Quatro Pinos,
caracteriza-se por possuir um gerador acionador por manivela, em substituição às pilhas.
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4.5.3 Outros Instrumentos
Existem outros instrumentos de diversos fabricantes, com o mesmo princípio de operação,
em que o vibrador é substituído por circuito transistorizado. Esses instrumentos têm tido melhor
aceitação pelos usuários, por eliminarem os defeitos comumente apresentados pelos vibradores,
sendo assim mais confiáveis para trabalhos de campo.
Foto 4.2 – Instrumento para medição da resistividade elétrica do solo.
4.5.4 EM’S
São instrumentos que permite a determinação da resistividade elétrica do solo por meio de
uma técnica eletromagnética de medição. Consistem, basicamente, de um transmissor e um receptor
de rádio freqüência. Um sinal de rádio freqüência (RF) emitido pelo transmissor induz no solo
“correntes de intensidade variável”. Essas correntes, por sua vez, geram um campo magnético
secundário que é captado e medido pelo receptor. A intensidade desse campo magnético é
diretamente proporcional à condutividade do solo, valor fornecido pelo instrumento. A partir do
valor de condutividade determina-se a resistividade do solo no local.
As principais vantagens desse método em relação ao de Wenner são as seguintes:
a) maior velocidade de execução;
b) possibilidade de otimização do local escolhido para instalação do leito de anodos;
c) não sofre influência de anomalias supeficiais do solo.
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A principal desvantagem é que as medições não podem ser feitas nas proximidades de
condutores metálicos, linhas de transmissão, tubulações aéreas e enterradas, cercas etc.
4.6 VOLT-OHM-MILIAMPERÍMETRO
É um instrumento que combina as funções de voltímetro, ohmímetro e miliamperímetro,
muito útil para os serviços de manutenção de retificadores e outros equipamentos encontrados no
campo.
Foto 4.3 – Multímetros digitais.
4.7 REGISTRADORES
São instrumentos capazes de registrar continuamente correntes e potenciais, essenciais para
os serviços de campo em locais sujeitos a correntes de interferência.
Basicamente, um registrador consiste de um voltímetro convencional de corrente contínua,
equipado com uma pena ou estilete que efetua a marcação em papel graduado, enrolado em bobina,
permitindo um registro periódico ou contínuo.
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Foto 4.4 – Instrumento para registro de potencial tubo/solo.
4.8 DATA LOGGERS
São instrumentos eletrônicos utilizados em substituição aos voltímetros, amperímetros,
multímetros e registradores tradicionais. Possuem, em geral, grande capacidade de armazenamento
de dados e podem ser programados para executar diferentes tipos de medições. Os dados obtidos
podem ser transferidos para um microcomputador, onde são analisados.
4.8.1 Ramlog (de fabricação da A.B.I. Data)
Trata-se de um “registrador eletrônico”, com impedância de 1012 ohm, programável via
computador, capaz de armazenar até 8.000 leituras, durante um período de um ano, sem troca da
bateria. A principal aplicação desse instrumentos é para a realização de registros simultâneos. Para
tanto, possuem um relógio interno que torna possível a sincronização de registros. Pode-se
programa até 50 instrumentos para uso num mesmo estudo.
4.8.2 Tricorder (de fabricação da MC MILLER)
É o mais versátil de todos os data loggers disponíveis para os serviços de campo de proteção
catódica. Possui três canais independentes, que o torna equivalente a três registradores;possui ainda
teclado inteligente; porta serial RS-232C, que permite a transmissão de dados diretamente para uma
impressora, ou a operação remota do instrumento; memória de 64 K etc. São disponíveis, ainda,
diversos softwares para análise de dados e impressão de gráficos, tabelas etc.
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4.8.3 Rectifier Controler (de fabricação da Cathodic Technology Limited)
Trata-se da combinação de um microprocessador, para controle dos parâmetros de saída do
retificador, e um data logger que, além dos parâmetros mencionados, registra, também, os
potenciais da estrutura protegida, até 288 vezes por dia. É capaz de armazenar os dados por até 50
dias.
O microprocessador mantém os ajustes de saída do retificador dentro dos limites
preestabelecidos pelo operador. O controle da corrente de saída pode ser feito pela leitura
simultânea de até quatro semi-células diferentes.
O instrumento possui, ainda, uma porta RS-232C que permite interfaciá-lo diretamente a
uma impressora ou a um modem, permitindo sua operação remota. Pode ser programado
diretamente, via teclado ou por computador.
4.8.4 DLINK (de fabricação da Harco Technologies Corporation)
Trata-se de um sistema de sensoriamento remoto de dados. Seu uso é indicado para
utilização em locais de difícil acesso. É composto por duas unidades: RTU – Unidade Terminal
Remota e a MTU – Unidade Terminal Mestre. Cada Unidade Remota pode monitorar
simultaneamente até 16 canais independentes. A Unidade Mestre é usada para, a partir de um
veículo qualquer (carro, avião, barco) obter-se, por meio de sinais de rádio freqüência, os dados
medidos e registrados pelas unidades remotas. A Unidade Mestre pode ser dispensada caso seja
possível conectar-se as unidades remotas diretamente a uma linha telefônica.
4.9 INTERRUPTORES AUTOMÁTICOS DE CORRENTE
Usados para ligar e desligar automaticamente uma fonte de corrente, geralmente em um
sistema provisório de proteção catódica, para o levantamento de dados necessários ao projeto. O
requisito essencial do dispositivo é que permita uma perfeita identificação dos períodos de ligação e
corte da corrente.
Modernamente, os interruptores de corrente têm sido utilizados para a realização de
medições de potencial isentas de queda ôhmica no solo.
4.10 LOCALIZADORES DE TUBULAÇÃO
São instrumentos úteis para verificar-se o ponto exato em que se encontram tubulações,
estruturas metálicas desconhecidas, cabos de camas de anodos e outras estruturas enterradas, das
quais não se sabe a localização.
Foto 4.5 – Instrumento para localização de tubulações e cabos elétricos enterrados.
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4.11 DETECTORES DE FALHA DE REVESTIMENTO PARA TUBULAÇÕES
ENTERRADAS
Esses instrumentos (figura 4.1) permitem detectar e localizar falhas no revestimento de
tubulações enterradas e cabos danificados, sem a necessidade de escavações. O princípio de
funcionamento baseia-se na medição dos gradientes superficiais de potencial no solo provocado
pela passagem de uma corrente elétrica contínua. Esses gradientes são mais intensos junto às falhas
do revestimento. Quanto maior for a falha, maior será o gradiente.
Figura 4.1 – Detecção de defeito do revestimento de uma tubulação enterrada.
4.12 EQUIPAMENTOS PARA LEVANTAMENTO DE PERFIL DE POTENCIAL
São equipamentos utilizados para levantar-se o perfil de potenciais T/S ao longo de uma
tubulação, com intervalos de até um metro entre as medições. São compostos, basicamente, por um
microcomputador, um teclado, uma bobina com até oito km de fio 30 AWG, duas semi-células e
um multímetro de alta impedância (mínimo de 20 M.ohm). Uma vez montados no campo, são
facilmente transportados por um único operador, que percorre a tubulação. O equipamento fornece
a distância entre o operador e o ponto de conexão à tubulação. Todos os valores medidos são
automaticamente registrados pelo microcomputador.
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4.13 ACESSÓRIOS
4.13.1 Eletrodos de Referência
Essenciais para serviços de proteção catódica, os eletrodos de referência (meias-células ou
semi-células) servem para medir-se o potencial de uma estrutura com relação ao meio e assim
verificar-se o nível da corrosão e a existência de correntes de interferência.
Foto 4.6 – Eletrodos de referência de Cu/CuSO4.
4.13.2 Caixa Padrão
Serve para medir a resistividade de amostras do solo e de água. Consiste, basicamente, num
depósito de plástico transparente com placas metálicas em ambas as extremidades, para permitir a
passagem de uma corrente elétrica através da amostra e a medição de sua resistência.
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Foto 4.7 – Caixa-padrão para medição de resistividade elétrica de amostras de solo e de água.
4.13.3 Fontes para Testes de Corrente
Dependendo das circunstâncias e das condições de trabalho no campo, as fontes utilizadas
para testes de densidade de corrente e de condições de revestimento podem ser uma bateria de
pilhas secas, acumuladores, geradores a óleo ou gasolina ou, ainda, uma máquina de solda.
4.13.4 Carretéis e Fios
Para a medição de potenciais de uma estrutura, em relação a um eletrodo de referência
afastado, necessita-se de condutores de grande comprimento. Como a resistência interna dos
instrumentos é bastante elevada e a queda de potencial desprezível, podem ser usados condutores de
pequena bitola (18 a 22 AWG) em carretéis com até mesmo 300 m de extensão. Esses condutores
deverão ser de cobre do tipo singelo, de fios finos trançados, revestidos de borracha e muito
flexíveis.
Para as ligações rápidas dos instrumentos, recomenda-se fios do tipo espiralado com terminais do
tipo “jacaré”.
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CAPÍTULO 5
Dimensionamento de Sistemas de Proteção Catódica
5.1 INTRODUÇÃO
No presente capítulo estamos apresentando, de forma didática e ordenada, as principais
orientações a serem adotadas na elaboração dos projetos dos sistemas de proteção catódica.
Cumpre destacar, entretanto, que o dimensionamento de um sistema de proteção catódica
não consiste simplesmente na aplicação de fórmulas, sendo que a experiência do projetista é de
fundamental importância para a elaboração de um bom projeto.
5.2 A IMPORTÂNCIA DOS LEVANTAMENTOS DE DADOS
Um projeto de proteção, para ser bem executado deve ser baseado num cuidadoso
levantamento de dados. Conforme descrito no capítulo 3, podemos dividir a coleta destas
informações em dois tipos:
• levantamentos de dados das instalações a proteger;
• levantamentos e medições de campo.
5.3 SELEÇÃO DO MÉTODO DE PROTEÇÃO CATÓDICA A SER USADO
A escolha do método de proteção catódica depende essencialmente de uma análise técnico-
econômica. Nessa definição devem ser analisadas as vantagens e desvantagens de cada sistema, o
custo e a viabilidade técnica de se empregar o sistema galvânico ou o sistema por corrente impressa.
Para uma escolha criteriosa, o projetista deve levar em consideração as características de
cada sistema, que estão apresentadas a seguir.
5.3.1 Sistema Galvânico
• Indicado somente para eletrólitos de baixa resistividade elétrica.
• Indicado para pequenas instalações.
• Contra-indicado para estruturas sujeitas a fortes correntes de interferência.
• Não possibilita regulagem, ou aceita regulagem precária.
• É menos sujeita a interrupções de funcionamento.
• Pode necessitar de substituição periódica dos anodos.
• É muito usado para a proteção de plataformas de petróleo e tubulações submersas no mar.
5.3.2 Sistema por Corrente Impressa
• Indicado paraqualquer eletrólito (não há limitação quanto à resistividade elétrica).
• Indicado para instalações de qualquer porte.
• Indicado para instalações sujeitas a correntes de interferência.
• Possibilita ampla regulagem.
• É mais sujeito a interrupções de funcionamento.
• Necessita de inspeção e manutenção dos retificadores.
• Custo inicial em geral maior que o do sistema galvânico, dependendo da instalação.
5.4 CÁLCULO DA CORRENTE DE PROTEÇÃO CATÓDICA
A corrente necessária à proteção de determinada estrutura independe do tipo de sistema que
se utiliza, seja galvânico ou por corrente impressa.
Essa corrente pode ser calculada pela seguinte fórmula:
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I = A • Dc • F • (1 – E).
Onde:
I = corrente necessária, em mA;
A = área da estrutura a ser protegida: esta área é obtida a patir da forma geométrica da
estrutura, devendo ser considerada somente a área que estiver em contato com o eletrólito, sendo
expressa em m2;
Dc = densidade de corrente: é a corrente necessária por unidade de área.
A densidade de corrente utilizada é obtida em função da resistividade do eletrólito e refere-se à
estrutura sem revestimento, sendo expressa em mA/m2. O cálculo da densidade de corrente pode
ser feito pela seguinte fórmula:
Dc = 73,73 – 13,35 log ρ.
Onde:
Dc = densidade de corrente (mA/m2);
ρ = resistividade elétrica do eletrólito em ohm . cm.
Obs.: A fórmula acima só deve ser usada para valores de resistividade elétrica variando entre
1.000 ohm . cm e 300.000 ohm . cm.
A determinação da densidade de corrente pode também ser feita através do Gráfico 5.1.
Gráfico 5.1 – Variação da densidade de corrente para a proteção do aço, em função da resistividade
elétrica do eletrólito.
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Para o caso das instalações marítimas, a densidade de corrente depende, além da resistividade
elétrica do eletrólito, de outros fatores tais como velocidade das correntes marítimas, turbulência,
teor de oxigênio dissolvido na água, temperatura da estrutura metálica (por exemplo os risers das
plataformas de petróleo, onde o óleo produzido possui altas temperaturas) e presença de
incrustações calcáreas na estrutura. Para as plataformas de petróleo, normalmente construídas em
mar aberto, a densidade de corrente pode variar desde cerca de 50 mA/m2 até 600 mA/m2,
dependendo das condições, sendo que, para esses casos, a fórmula para o cálculo da densidade de
corrente, bem como o gráfico 5.1 não devem ser usados. No capítulo 19 mostramos os
procedimentos que devem ser adotados para o cálculo das correntes de proteção catódica
necessárias às plataformas de produção de petróleo, sendo comum o cálculo da corrente inicial, da
corrente média e da corrente final.
E = Eficiência do Revestimento: uma estrutura revestida necessita, para sua proteção, de
uma quantidade de corrente bem menor do que uma estrutura nua. Daí a importância da eficiência
do revestimento ser estimada corretamente no projeto de proteção catódica.
A eficiência do revestimento pode ser determinada, no campo, através de testes de injeção
de corrente, ou pode ser estimada, tomando-se como base as orientações descritas no capítulo 9.
Para o caso de instalações marítimas, como as plataformas de petróleo e as estacas de piers
de atracação de navios, a eficiência de revestimento muitas vezes não é considerada, sendo
freqüente a não utilização de revestimentos protetores nas superfícies permanentemente submersas
daquelas instalações.
A tabela 5.1 indica alguns valores de eficiência utilizados em projetos de proteção catódica.
TABELA 5.1
Estrutura Qualidade do
revestimento
Eficiência
Inicial (%) Final (%)
Tubulações enterradas Excelente 95 90
Bom 90 80
Regular 80 50
Ruim 50 0
Fundos de tanques (parte
externa)
Bom ’80 60
Regular 60 40
Ruim 40 0
Fundos de tanques (parte
interna)
Excelente 95 90
Embarcações Excelente 95 90
Bom 90 80
Regular 80 50
Ruim 50 0
É na estimativa da eficiência dos revestimentos que se estabelece o maior ou menor
coeficiente de segurança que se adota no dimensionamento de um sistema de proteção catódica.
Neste particular, a experiência do projetista é fator fundamental para um perfeito dimensionamento
da corrente de proteção.
F = Fator de Correção da Velocidade: é um coeficiente adotado quando existe movimento relativo
entre a estrutura e o eletrólito. Esse coeficiente pode ser obtido através do Gráfico II.
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Gráfico 5.2 – Fator de correção da corrente em função da velocidade do eletrólito.
5.5 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS GALVÂNICOS
5.5.1 Instalações Submersas
Para as instalações submersas, podem ser adotados os procedimentos a seguir.
5.5.1.1 Escolha do material dos anodos
Primeiramente, torna-se necessário escolher o material dos anodos, que deve ser adequado
ao eletrólito em contato com a estrutura a proteger.
Para essa escolha as seguintes orientações devem ser seguidas:
• anodos de magnésio: utilizados para a proteção de instalações enterradas ou mergulhadas em
água doce;
• anodos de zinco: utilizados para a proteção de instalações enterradas ou submersas;
• anodos de alumínio: utilizados somente para instalações submersas, principalmente as
instalações marítimas e, em especial, as plataformas de petróleo.
As características principais dos anodos galvânicos são a capacidade de corrente (A • h/kg),
o potencial em circuito aberto, medido em relação ao eletrodo de Cu/CuSO4 (volts) e o peso
específico (g/cm3). Esses valores, para os anodos de magnésio, zinco e alumínio, encontram-se na
tabela 6.1, do capítulo 6.
5.5.1.2 Determinação da massa de anodos
O segundo passo consiste na determinação da massa necessária de anodos para uma
determinada vida.
Esse cálculo pode ser feito com o auxílio da seguinte expressão:
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FC
IV760.8
M
×
××
=
onde:
M = massa de anodos necessária (kg);
V = vida útil desejada para os anodos (anos).
A vida útil desejada é função da maior ou menor facildiade de substituição dos
anodos, após serem consumidos. As orientações normalmente adotadas para a vida útil são as
seguintes:
– instalações enterradas: 10 a 20 anos;
– instalações marítimas: 10 a nos anos;
– embarcações: 2 a 3 anos.
I = Corrente necessária á proteção, em A (ampéres), calculada de acordo com o item 5.4;
C = capacidade de corrente do anodo, em Ah/kg, de acordo com a tabela 6.1 do capítulo
6;
F = fator de utilização do anodo (adimensional). O fator de utilização normalmente
adotado é de 0,85 para anodos convencionais e 0,90 para os anodos que apresentam forma
alongada;
8.760 = número de horas em um ano.
5.5.1.3 Determinação do número de anodos
Essa definição consiste em verificar-se, com o auxílio de catálogos de fabricantes, quais são
os formatos e massas unitárias dos anodos disponíveis no mercado. Dividindo-se a massa total de
anodos pela massa unitária do anodo selecionado, tem-se o número de anodos a ser utilizado. A
experiência do projetista é, mais uma vez, fundamental nessse momento, para que o anodo
selecionado seja realmente o mais indicado. Como orientação geral, pode-se adotar o critério de
selecionar um anodo para a proteção de cada 30/60 m2 de estrutura.
5.5.1.4 Verificação da corrente liberada pelos anodos
A corrente liberada por cada anodo depende do material do anodo, do seu formato e da
resistividade elétrica do eletrólito.
Para o caso das instalações submersas, basta verificar, no catálogo do fabricante, qual a corrente
liberada por cada tipo de anodo. Multiplicando-se esse valor pelo número totalde anodos, tem-se a
corrente total liberada pelos anodos, que deve ser igual ou maior que a corrente total necessária.
Quando não se dispõe da corrente por cada anodo, pode-se calclá-la com relativa precisão,
utilizando-se as fórmulas seguintes:
Corrente liberada por cada anodo
I = DV/R
Onde:
I = corrente, em A;
DV = diferença de potencial disponível entre o anodo e a estrutura polarizada, em V.
Os valores de DV que podem ser utilizados são os seguintes:
• anodos de magnésio: DV = 0,70 V;
• anodos de zinco e alumínio: DV = 0,25 V.
R = Resistência de contato anodo/eletrólito (ohm), calculada com o auxílio das fórmulas
abaixo.
a) Anodos Alongados, de Forma Cilíndrica:






pi
ρ
= 1–
r
L4
n
L2
R l
onde:
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R = resistência anodo/eletrólito (ohm);
P = resistividade elétrica do eletrólito (ohm • cm);
L = comprimento do anodo (cm);
R = raio do anodo (cm), devendo-se considerar o raio remanescente, quando o o
anodo já tem um consumo de 40%.
b) Anodos Alongados com Seção Trasnversal Quadrada, Retangular ou Tranpezoidal
Para o cálculo dessa resistência aplica-se a fórmula anterior, tomando-se o cuidado de
calcular, antes, o raio equivalente do anodo, pela seguinte expressão:
pi
=
S6,0
re
onde:
re = raio equivalente da seção não cilíndrica (cm);
S = área da seção transversal do anodo;
0,6 = fator correspondente ao raio remanescente do anodo, após o consumo de
40%.
Observação: Para o caso das platadormas de petróleo é comum o cálculo das resistências
anodo/eletrólito inicial e final, adotando-se os comprimentos e raios inicial e final dos anodos,
conforme mostrado no capítulo 19.
c) Anodos em Forma de Braçadeira, para Proteção de Tubulações Marítimas
A
315,0
R
ρ
=
A = área da superfície exposta do anodo (cm2).
d) Anodos em Forma de Placa, para a Proteção de Embarcações
Le2
R
ρ
=
onde:
Le = comprimento equivalente do anodo (cm) igual à medade da soma do
comprimento e da lagura do anodo, tomadas em sua base. Para que essa fórmula seja válida,
o comprimenro do anodo deve ser maior que duas vezes a sua lagura, o que normalmente
ocorre.
5.5.2 Instalações Enterradas
5.5.2.1 Escolha do Material e Determinação da Massa dos Anodos
Adotar o mesmo procedimento recomendado para as instalações submersas.
Os anodos utilizados para a proteção galvânica das instalações enterradas precisam,
entretanto, ser ensacados com um enchimento condutor apropriado, consistindo de uma mistura de
gesso hidratado e bentonita com ou sem a adição de sulfato de sódio. A resistividade elétrica desse
enchimento é da ordem de 250 ohm • cm, sendo que esse valor cai para 50 ohm • cm quando se
adiciona cerca de 5% de sulfato de sódio à mistura. A finalidade principal do enchimento condutor
é evitar o contato direto do anodo com o solo, diminuindo o aparecimento de pilhas de corrosão no
próprio anodo, evitando a formação de películas apassivadoras de alta resistência sobre a superfície
do anodo e diminuindo a resistência de contato anodo/solo.
5.5.2.2 Cálculo da corrente liberada pelos anodos
Esse cálculo é feito pela fórmula seguinte:
R
V
i
∆
=
onde:
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I = corrente liberada por um anodo ou por um leito de anodos (A);
DV = diferença de potencial disponível entre o anodo e a estrutura polarizada (V);
R = resistência de contato anodo/solo (ohm), calculada com o auxílio das fórmulas a
seguir.
a) Resistência Anodo/Solo de apenas um Anodo Alongado de Forma Cilíndrica
A resistência anodo/solo pode ser obtida mediante a soma da resistência anodo/enchimento
com a resistência enchimento/solo, não havendo necessidade de considerar a resistência do
próprio enchimento, que é desprezível.
Para o cálculo das duas resistências acima, pode ser utilizada a expressão abaixo:












pi
ρ
= 1–
4
L4
n
L2
R l
onde:
R = resistência de contato anodo/enchimento ou enchimento/solo (ohm);
L = comprimento do anodo ou comprimento da coluna de enchimento do anodo
(cm);
R = raio do anodo ou raio da coluna de enchimento do anodo (cm).
b) Resistência Anodo/Solo de um Leito de Anodos
Para esse cálculo, deve ser adotado o procedimento descrito no item 5.6.5.1, relativo ao
cálculo para os anodos inertes, utilizados em sistemas por corrente impressa.
5.5.2.3 Cálculo do número de anodos individuais ou do número de leitos de anodos
Esse cálculo pode ser feito dividindo-se a corrente total necessária pela corrente liberada por
cada anodo individual ou por cada leito de anodos.
5.5.2.4 Verificação da vida dos anodos
Após definido o número total de anodos, torna-se necessário verificar se a sua vida esperada
está compatível com a vida desejada, mediante o emprego da fórmula do item 5.5.1.2. Se a massa
de anodos não for suficiente para a vida desejada, torna-se necessário selecionar anodos com maior
massa ou, mesmo, aumentar o número de anodos.
5.6 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS POR CORRENTE IMPRESSA
Nos sistemas por corrente impressa, uma vez determinada a corrente necessária de proteção,
adota-se o procedimento a seguir.
5.6.1 Definição do Número de Pontos de Injeção de Corrente
O pontos de injeção de corrente, para os sistemas por corrente impressa, são constituídos de
conjuntos retificador/leito de anodos, podendo ser utilizados, em substituição ao retificador, baterias
convencionais, baterias solares ou termogeradores, embora não sejam muito comuns.
O número de retificadores a ser utilizado deve ser suficiente para fornecer e distribuir, de
modo econômico e eficiente, toda a corrente de proteção catódica necessária à estrutura.
As características principais dos retificadores a seresm selecionados são as seguintes:
– as tensões de saída podem variar desde 10V até 100V, sendo que, em algunas instalações
particulares, podem ser usado retificadores de até 140V, embora com restrições de segurança. Nos
Estados Unidos existem instalações de proteção catódica, com o emprego desse equipamentos com
alta tensão de saída;
– as correntes de saída podem variar desde 10A até 500A (as correntes maiores são usadas em
instalações marítimas, como é o caso dos piers de atracação de navios);
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– a potência de saída deve ser limitada, tanto quanto possível, em 10 kVA;
– os retificadores mais comumente utilizados são os seguintes:
• Instalações terrestres:
50V/30A, 50V/50A, 100V/30A e 100V/50A.
• Instalações marítimas:
20V/200A, 20V/300A e 20V/400A.
• Armaduras de aço das estruturas de concreto:
30V/10A e 30V/15A.
Para a instalação dos conuntos retificador/leito de anodos devem ser escolhidos locais com
baixa ou média resistividade elétrica (sempre que possível, inferior a 12.000 ohm • cm), com fácil
acesso para montagem e inspeção, com disponibilidade de energia elétrica em baixa ou média
tensão (máximo de 15 kV) e com espaço suficiente para a instalação do leito de anodos, que
algumas vezes precisa ser extenso (faixa de 300 m x 5 m), como é o caso das tubulações enterradas
de grande porte.
5.6.2 Escolha do Material do Anodo
Os anodos inertes que podem ser usados em sistemas por corrente impressa, incluindo suas
aplicações, densidades de corrente, desgaste e formas geométricas em que são fabricados, são
descritos com detalhes no capítulo 6.
5.6.3 Cálculo da Massa de Anodos
A massa mínima de anodos, necessária para cada equipamento de injeção, pode ser
calculada da seguinte maneira:
F
IVD
M
××
=
onde:
M = massa de anodos (kg);
D = desgaste do anodo (kg/A • ano) de acordo com a tabela 6.2 do capítulo 6;
V = tempo de vida útil desejada para o leitode anodos (anos). Os sistemas por corrente
impressa são dimensionados, normalmente, para uma vida útil variando de 15 a 30 anos,
dependendo da instalação;
I = corrente máxima a ser injetada pelo leito de anodos (A);
F = fator de utilização dos anodos (adimensional). O fator de utilização pode variar de
0,5 a 0,85, de acordo com o critério do projetista.
5.6.4 Escolha do Número Mínimo de Anodos
O número mínimo de anodos de um determinado leito pode ser determinado dividindo-se a
massa mínima necessária pela massa unitária do anodo escolhido, mediante consulta dos catálogos
dos fabricantes. Torna-se necessário verificar se a densidade de corrente no anodo está de acordo
com a densidade máxima recomendada para o material escolhido.
5.6.6 Cálculo da Resistência do Circuito
Para o cálculo da resistência do circuito retificador/anodo/eletrólito/estrutura/retificador,
podem ser adotadas as expressões a seguir.
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5.6.6.1 Resistência total do circuito
RT = 1,2 (Rce + Rpc + Rca + Rae)
Onde:
RT = resistência máxima que deve ter o circuito externo, de modo que, com a tensão
nominal do retificador, a corrente nominal possa ser injetada;
Rce = resistência de contato catodo/eletrólito (ohm). Essa resistência depende da área de
contato da estrutura com o eletrólito, da eficiência do revestimento da estrutura e da resistividade
elétrica do eletrólito. O valor dessa resistência é, na grande maioria das vezes, muito pequeno,
podendo ser desprezado. Somente para o caso de pequenas tubulações, muito bem revestidas e
instaladas em solo de resistividade elétrica muito alta, pode ser necessário sua verificação, razão
pela qual deixamos de apresentar o seu método de cálculo;
Rpc = resistência do próprio catodo (ohm). Essa resistência, para o caso de tubulações,
depende da resistência do tubo por metro linear, da resistividade elétrica do metal e da massa do
tubo. O seu valor também pode ser desprezado no cálculo;
Rca = resistência dos cabos elétricos de interligação (ohm). Essa resistência pode ser
facilmente calculada, em função das bitolas e comprimentos dos cabos elétricos, mediante consulta
das tabelas fornecidas pelos fabricantes;
Rae = resistência de contato anodo/eletrólito (ohm). Esta é a pacela mais significativa no
cálculo da resistência total do circuito, podendo ser calculada com o auxílio das expressões a seguir.
a) Resistência de um Anodo Cilíndrico Instalado na Posição Vertical






pi
ρ
= 1–
D
L8
n
L2
R l
onde:
R = resistência (ohm);
P = resistividade elétrica do solo (ohm • cm);
L = comprimento do anodo (cm);
D = diâmetro do anodo (cm).
Notas: quando se tratar de anodo galvânico, com enchimento, adotar o procecimento de
cálculo do item 5.5.2.2(a). Quando se tratar de anodo inerte, com enchimento de coque
metalúrgico moído, L e D podem ser o comprimento e o diâmetro da coluna de coque.
b) Resistência de um Leito de Anodos Cilíndricos Instalados na Posição Vertical






+





pi
ρ
= )N656,0(n
S
L2
1–
D
L8
n
NL2
R ll
onde:
N = número de anodos;
S = espaçamento entre anodos (cm).
Nota: Quando se tratar de anodo com enchimento, seja galvânico ou por corrente impressa,
as dimensões L e D podem ser o comprimento e o diâmetro da coluna de enchimento.
c) Resistência de um Anodo Cilíndrico Instalado na Posição Horizontal










+
+









 ++
pi
ρ
= 1–
L
LP
–
L
P
DP
LPL4L4
n
L2
R
22222
l
onde:
P = dobro da profundidade do anodo (cm).
d) Resistência de um Leito de Anodos Cilíndricos Instalados na Posição Horizontal
RV
RARH
R
×
=
onde:
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RH = resistência de um anodo cilíndrico instalado na posição horizontal (ohm);
RA = resistência calculada pela fórmula usada para um leito de anodos cilíndricos
na posição vertical;
RV = resistência calculada pela fórmula usada para um anodo cilíndrico na posição
vertical.
e) Resistência de um Leito de Anodos Cilíndricos Instalados na Posição Horizontal, com
Coluna de Enchimento Condutor Contínua
















pi
ρ
= 2–
DP
L8
n
L2
R
2
l
f) Resistências de Leitos de Anodos Não Cilíndricos
Quando os anodos não são cilíndricos ou são instalados em coluna de enchimento condutor
de seção transversal quadrada ou retangular, como ocorre com freqüência na instalação dos
anodos inertes horizontais, o diâmetro equivalente do anodo ou da coluna de enchimento
pode ser calculado pela fórmula:
pi
=
A2De
onde:
De = diâmetro equivalente (cm);
A = área da seção transversal (cm2).
5.6.7 Verificação do Número de Anodos
O número mínimo de anodos calculado em 5.6.4, pelo critério da massa mínima necessária
para uma determinada vida, precisa ser agora verificado, tendo em vista a resistência do circuito,
conforme calculado em 5.6.5.
O número de anodos a ser usado em determinado leito tem que ser, sempre, igual ou maior que o
número mínimo de anodos calculado pelo critério da massa e da resistência.
5.7 AUXÍLIO DE MICROCOMPUTADORES
Todos os cálculos para o dimensionamento dos sistemas de proteção catódica podem ser
extremamente facilitados mediante o uso dos microcomputadores.
O cálculo, por exemplo, da corrente total necessária para a proteção de tubulações enterradas pode
ser feito, com boa precisão, se forem adotadas pequenas seções do tubo, utilizando-se o valor de
resistividade elétrica do solo medido em cada uma das seções e somando-se as várias correntes
parciais.
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CAPÍTULO 6
Materiais e Equipamentos Utilizados em Sistemas de Proteção Catódica
6.1 INTRODUÇÃO
O presente capítulo descreve as principais características e finalidades dos materiais e
equipamentos utilizados nos sistemas de proteção catódica. O conhecimento desse assunto é de
fundamental importância no detalhamento e na construção desses sistemas.
6.2 SISTEMAS GALVÂNICOS
6.2.1 Anodos
Os materiais usados para fabricação de anodos galvânicos são ligas de zinco, de magnésio e
de alumínio.
A composição de tais ligas varia de fabricante para fabricante (exceto as de zinco, que são
rigidamente especificadas), obtendo-se anodos comerciais.
Principais características apresentadas pelos anodos galvânicos
• Potencial em relação ao eletrólito, medido com o auxílio de um eletrodo de referência
(potencial em circuito aberto).
• Capacidade de corrente, em ampére-hora/kg.
• Eficiência eletroquímica do anodo (que é a relação entre a corrente utilizável na proteção da
estrutura e a corrente total debitada pelo anodo). Quanto maior a eficiência, menor a autocorrosão
do anodo.
A tabela 6.1 mostra a comparação desses valores para os anodos de zinco, magnésio e alumínio.
TABELA 6.1
Propriedade dos Anodos Galvânicos
Anodos Capacidade de Potencial em Eficiência
Corrente (A . h/kg) volts (Cu/CuSO4) (%)
Zinco 740 –1,10 90/95
Magnésio 1.100 –1,60 50/60
Alumínio 2.200/2.844 –1,10 75/95
Os anodos de alumínio embora tenham características eletroquímicas superiores, têm seu
uso restrito aos sistemas onde o eletrólito é totalmente líquido. Particularmente na água do mar, os
resultados são excelentes. Não é indicado para proteção de estruturas enterradas, devido aos
fenômenos químicos que ocorrem em sua superfície. A tecnologia de fabricação desses anodos tem
sido bastante desenvolvida. As ligas Al-Zn-Hg, usadas durante alguns anos, foram abandonadas
devido a suas implicações ecológicas, risco de envenenamento dos fundidores, causados pelo
mercúrio, e devidoàs grandes áreas inativas da superfície dos anodos. Mais recentemente, as ligas
Al-Zn-Sn, com adição de índio, foram testadas, aprovadas e estão sendo utilizadas com sucesso nas
instalações marítimas.
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Foto 6.1 – Anodos de alumínio para proteção catódica de instalações marítimas.
Os anodos de zinco, já bem mais testados e conhecidos que os de alumínio, são bastante
usados para proteção de estruturas marítimas, podendo, também, proteger estruturas enterradas,
desde que instalados em solos de baixa resistividade (da ordem de até 1.500 ohm . cm). São
utilizados na proteção de cascos de embarcações, estacas de piers, proteção interna de tanques de
armazenamento de petróleo, tanques e linhas de lastro. Para proteção de estruturas enterradas, sua
utilização é limitada a locais de muito baixa resistividade, em virtude do seu baixo potencial
requerer uma resistência de circuito muito pequena, a fim de debitar a corrente necessária à
proteção. Os anodos de zinco são ainda usados para os sistemas de aterramento elétrico de tanques
de armazenamento de petróleo e derivados, em substituição às hastes de cobre, que possuem o
inconveniente de introduzir pilhas de corrosão, indesejáveis, nos fundos dos tanques, conforme será
mostrado no capítulo 13.
Os anodos de magnésio, que possuem potencial maior que o alumínio e o zinco, são
recomendados para a proteção de instalações metálicas enterradas em solos com resistividade
elétrica de até 6.000 ohm.cm, sendo que, resultados melhores são conseguidos em solos com
resistividade máxima de 3.000 ohm.cm.
Para aplicações em água salgada, de baixa resistividade elétrica, o uso de anodos de
magnésio não é recomendado porque a corrente de saída dos anodos seria muito alta, conferindo
uma superproteção desnecessária à estrutura.
Por motivos de segurança, evita-se instalar anodos de magnésio no interior de tanques com
produtos inflamáveis, como os tanques de lastro, devido à possibilidade de gerar centelha, no caso
de queda e choque com a estrutura de aço.
Os anodos galvânicos podem ser fabricados nos mais variados formatos e dimensões,
dependendo da aplicação a que se destinam. Para o caso, por exemplo, da proteção de tubulações
submersas, são usados com freqüência anodos em forma de braçadeira, que envolvem o tubo a ser
protegido.
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Foto 6.2 – Anodo galvânico em forma de braçadeira.
Foto 6.3 – Anodos galvânicos de magnésio ensacados com enchimento condutor.
A ligação elétrica entre o anodo galvânico e a estrutura pode ser feita de uma das duas
maneiras seguintes:
– ligação por meio de cabo elétrico, já fornecido com o anodo, usada para a proteção de tubulações
enterradas;
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– ligação por meio de solda da alma do anodo com a estrutura, usada paa a proteção de instalações
submersas e cascos de navios.
– 
6.2.2 Enchimento Condutor (Backfill)
Quando se instalam anodos galvânicos no solo, é conveniente, em certas circunstâncias,
envolvê-los com enchimento condutor apropriado, evitando-se o contato direto anodo-solo.
As finalidades do enchimento condutor são as seguintes:
– permitir desgaste uniforme do anodo;
– evitar o processo de autocorrosão do anodo, aumentando sua eficiência;
– facilitar a retenção de umidade, para o caso de solos muito secos;
– baixar a resistência de contato do anodo com o solo.
O material utilizado para o enchimento dos anodos galvânicos é uma mistura de gesso,
bentonita e, às vezes, sulfato de sódio. A mistura pode ter diversas composições, dependendo da
principal finalidade que se deseja. Para anodos de zinco, é comum uma mistura de 50% de gesso e
50% de bentonita.
Em solos de resistividades elevadas, é conveniente o uso, também, de sulfato de sódio. Uma
composição típica seria 75% de bentonita, 20% de gesso e 5% de sulfato de sódio.
Anodos de magnésio são encontrados no mercado já acompanhados do backfill, acondicionados em
sacos de aniagem, quando se destinam a instalações enterradas.
6.2.3 Cabos Elétricos
Nos sistemas de proteção catódica as tensões envolvidas são baixas e, portanto, a classe de
tensão do isolamento não é um fator determinante na escolha dos cabos. Para o dimensionamento
dos cabos, são observados, principalmente, os itens a seguir.
• Resistência Elétrica
É de fundamental importância que tenhamos baixa resistência nos cabos, visto que,
sobretudo em sistemas galvânicos, dispomos de tensões muito baixas e qualquer parcela de
resistência que se some ao circuito poderá ser significativa.
Por outro lado, nos sistemas galvânoicos, os anodos se encontram, na maioria das vezes,
próximos às estruturas a proteger, o que nos leva a pequenos comprimentos de cabos e, portanto, se
devidamente dimensionados, a baixos valores de resistência.
• Condução de Corrente
As intensidades de correntes nos circuitos elétricos dos sistemas galvânicos são muitos
baixas e, nos casos mais freqüentes, os cabos de bitola 6 mm2 satisfazem plenamente, sendo muito
utilizados.
• Revestimento Isolante
É de fundamental importância a especificação adequada do revestimento dos cabos, para que
os mesmos suportem as condições de trabalho exigidas. Tratando-se de baixas tensões e baixas
correntes, é prática usual instalar os cabos diretamente no solo.
A deterioração do revestimento pode acarretar a absorção de umidade que, atingindo as
conexões, causa oxidação, introduzindo resistências adicionais indesejáveis no circuito.
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Embora o problema de falha do revestimento seja bem mais grave nos sistemas por corrente
impressa (principalmente no cabo positivo), é de toda conveniência a especificação de cabos com
revestimento da melhor qualidade possível, até mesmo duplo, sobretudo quando se lançam os
mesmos diretamente no solo ou em contato com água do mar.
6.2.4 Conectores Elétricos
É essencial, para sistemas de proteção catódica, uma perfeita continuidade elétrica do
circuito. As conexões elétricas devem ser feitas preferencialmente por soldagem, desde que
exeqüível, ou com o auxílio de conectores elétricos de tamanho adequado às bitolas dos cabos. Os
conectores de pressão tipo parafuso fendido, ou equivalente, são satisfatórios, desde que bem
ajustados. É imprescindível que tais conexões sejam devidamente isoladas por meio de muflas
isolantes apropriadas, para evitar contato direto com o solo ou com a água.
6.2.5 Caixas de Ligação ou de Passagem
Caixas de ligação ou de passagem podem ser previstas numa instalação galvânica com o
objetivo de facilitar diversas operações, tais como:
– interligar duas estruturas a proteger, ou desconectar uma delas;
– desconectar um ou mais anodos;
– introduzir uma resistência no circuito, para reduzir a corrente injetada por um leito de anodos.
6.2.6 Resistores Elétricos
Com o objetivo de limitar a corrente injetada pelos anodos, quando se constata que tal
corrente é demasiada, um recurso bastante usual é introduzir-se uma resistência de valor adequado
no circuito. Utiliza-se, para isso, um resistor de valor fixo ou um reostato. Em sistemas galvânicos,
tal prática é particularmente comum quando se utilizam anodos de magnésio.
6.2.7 Materiais Diversos
Além dos materiais descritos acima são também amplamente utilizados nos sistemas de
proteção galvânica:
– solda cadweld: usada para realizar soldagem de cabo elétrico numa estrutura de aço.
Equipamento de fácil manuseio, pequenas dimensões, leve, excelente para aplicações no campo;
– massa epoxi: usada para recobrimento de conexões cabo-estrutura, conferindo boa proteção
contra oxidação;
– fitaisolante autovulcanizável e mufla isolante: usadas paa proteção e isolamente de conexões
elétricas;
– eletrodutos (PVC ou aço galvanizado); usados sempre que as condições o exijam, para a
proteção dos cabos elétricos.
6.3 SISTEMAS POR CORRENTE IMPRESSA
6.3.1 Retificadores de Corrente
Sendo o equipamento fundamental de um sistema por corrente impressa, sua especificação,
instalação, operação e manutenção devem ser as mais criteriosas possíveis para assegurar um bom
desempenho da proteção catódica.
As características principais de um retificador são apresentadas a seguir.
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• Alimentação em C.A.
É definida em função da disponibilidade de energia no local da instalação. Utilizam-se
tensões de 110, 220 e 440V. Caso haja necessidade de uma maior flexibilidade, podem ser
especificados retificadores que admitam mais de uma tensão de alimentação.
Os retificadores podem ter alimentação trifásica ou monofásica. Os trifásicos fornecem uma
corrente com melhores características de retificação e, além disso, um rendimento mais elevado,
sendo mais caros que os monofásicos.
• Elementos Retificadores
Semi-condutores de silício ou de selênio são os materiais usados como elementos
retificadores.
Os retificadores de silício têm um tempo de vida maior que os de selênio, em condições normais.
Além disso, mantêm quase inalteradas suas características elétricas ao longo do tempo, o que não
ocorre com os de selênio, cujo rendimento vai gradativamente se reduzindo. Todavia, o selênio
resiste melhor a transientes de tensão e o silício exige maior sofisticação no circuito de proteção dos
elementos retificadores.
A grande m aioria dos retificadores de proteção catódica são fabricados com diodos de
silício.
Figura 6.1 – Esquema elétrico de um retificador manual para proteção catódica.
• Sistemas de Refrigeração
São usados retificadores refrigerados a ar ou imersos em óleo.
Os imersos em óleo são indicados para locais cuja atmosfera é muito agressiva, como no
caso de ambientes marítimos e, ainda, quando o local exige a instalação de equipamentos à prova de
explosão. Nos demais casos, usam-se os retificadores refrigerados a ar.
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• Tensão e Corrente Contínua de Saída
A corrente contínua máxima que o retificador é capaz de fornecer é função da estrutura a
proteger e é especificada em projeto.
A tensão máxima de C.C. é função da corrente máxima e da resistência do leito de anodos.
A corrente contínua que o retificador fornece pode ser regulada, o que é conseguido por
meio da variação da tensão de saída do equipamento.
Tal regulagem pode ser feita manualmente (retificadores manuais) ou automaticamente
(retificadores automáticos). O funcionamento do controle de um retificador automático é função do
potencial estrutura/eletrólito próximo à estrutura, medida continuamente com o auxílio de um
eletrodo de referência permanente de zinco, grafite ou Cu/CuSO4. Tal leitura é recebida num
elemento sensor do retificador, o qual atua no sistema de regulagem, enviando mais ou menos
corrente, dependendo do potencial estrutura-eletrólito.
Seu objetivo, portanto, é manter constante tal potencial, num valor previamente fixado, que
também é regulável.
Os retificadores automáticos são, assim, indicados para sistemas onde ocorra demanda
variável de corrente, causada por agentes estranhos ao sistema.
Dois exemplos típicos de aplicação são os navios e as tubulações sujeitas a correntes de
interferência.
Figura 6.2 – Esquema elétrico de um retificador automático para proteção catódica.
Os retificadores manuais são usados em locais onde não temos variações na demanda de
corrente. As regulagens, feitas normalmente por meio de taps, são esporádicas, apenas para
compensar o envelhecimento do revestimento ou o aumento de resistência dos leitos de anodos,
fatores que sempre ocorrem ao longo do tempo.
6.3.2 Equipamentos de Drenagem
Os equipamentos de drenagem são normalmente instalados nos cruzamentos de tubulações
enterradas com estradas de ferro eletrificadas.
Os equipamentos de drenagem podem ser de dois tipos, como a seguir.
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• Equipamento de Drenagem Simples
Constituído, basicamente, por um diodo de silício (figura 6.3), conectado entre a tubulação e
os trilhos da estrada de ferro, de forma que as correntes de interferência caminhem sempre no
sentido tubulação/ferrovia, sendo bloqueadas em sentido inverso.
Esse equipamento é utilizado quando o potencial entre a tubulação e os trilhos é superior à
tensão mínima de condução do diodo.
Figura 6.3 – Esquema elétrico de um equipamento de drenagem simples.
• Equipamento de Drenagem com Controle de Baixo Nível de Potencial
Esse equipamento possui uma chave montada em paralelo com o diodo, acionada por um
sistema de controle (figura 6.4)
Ele é usado quando o potencial entre a tubulação e a ferrovia pode ser inferior à tensão
mínima de condução do diodo. Quando a diferença de potencial tubo/trilho é muito baixa, a chave
fecha e interliga diretamente o tubo ao trilho, permitindo a drenagem direta da corrente.
Figura 6.4 – Esquema elétrico de um equipamento de drenagem com baixo nível de potencial.
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Tanto os retificadores quanto os equipamentos de drenagem podem, ainda, ser equipados
com um dispositivo de proteção temporizada, para proteção automática dos seus circuitos.
6.3.3 Anodos Inertes
Os anodos usados em sistemas por corrente impressa diferem fundamentalmente dos anodos
galvânicos pelo fato de serem inertes, apresentando um desgaste bastante baixo e possuindo vida
mais longa.
As principais características desses anodos são apresentadas a seguir.
• Densidade de Corrente
É a corrente por unidade de área que pode ser usada na superfície do anodo (A/m2). A
utilização de uma densidade de corrente acima da máxima recomendada pode causar desgaste
iregular e acentuado, seguido de fratura do anodo. Em certos casos, pode ocorrer, também, o
aparecimento de produtos isolantes na superfície dos anodos.
Alguns tipos de anodos, como os de chumbo/antimônio/prata, precisam trabalhar com uma
densidade de corrente acima de um valor mínimo, pois é necessário que se forme uma película
semi-isolante para evitar o seu desgaste prematuro.
• Desgaste do Anodo
Cada tipo de anodo possui uma taxa de desgaste (kg/A.ano) conhecida, quando opera dentro
do limite máximo de densidade de corrente. A taxa de desgaste de determinado tipo de anodo
precisa ser considerada para o cálculo da sua vida.
• Formato e Dimensões
A resistência elétrica de contato anodo/eletrólito é função do formato e das dimensões do
anodo, além da resistividade elétrica do eletrólito.
Uma vez definida a resistividade elétrica do eletrólito, a resistência de contato de cada anodo
dependerá do seu formato e das suas dimensões. Um acréscimo no comprimento ou no diâmetro dos
anodos cilíndricos, por exemplo, contribuirá para uma redução da resistência anodo/eletrólito, sendo
que a influência do comprimento é bem maior que a do diâmetro.
A tabela 6.2 apresenta os principais tipos de anodos inertes usados em sistemas por corrente
impressa.
TABELA 6.2
Anodos Inertes para Sistemas por Corrente Impressa(1)
Densidade de corrente Desgaste médio
Anodo recomendada (a/m2) (kg/A . ano)
Grafite até 3 0,20
Ferro/silício (Fe-Si) até 15 0,35
Ferro/silício/cromo (Fe-Si-Cr) até 15 0,35(2)
Chumbo/antimônio/prata (Pb-Sb-Ag) 50/100 0,10
Titânio platinizado (Ti-Pt) até 1.000 desprezível
Nióbio platinizado (Nb-Pt) até 700 desprezível
Tântalo platinizado(Ta-Pt) até 1.100 desprezível
Titânio oxidado até 1.100 desprezível
Magnetita (Fe3O4) até 115 0,04
Ferrita (0,4 MO . 0,6 Fe2O3) até 115 0,0004(3)
Ferrita (0,1 Mo . 0,9 Fe2O3) até 115 0,002(3)
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(1) Para dimensionamento, consultar a densidade de corrente e o desgaste recomendados pelo fabricante do anodo.
(2) Desgaste em água do mar.
(3) M pode ser Ni, Li, Co, Mg, Zn e Mn.
As principais aplicações, características e limitações dos anodos inertes são as seguintes:
• Anodos de grafite – fabricados em barras circulares e tratados com parafinas ou estearatos.
Recomendados para solos, água marinha não pofunda e água doce.
• Anodos de ferro/silício (Fe-Si) – fabricados em barras circulares, mediante fundição, com teor de
silício em torno de 16%. Recomendados somente para solos ou água com teor de cloreto inferior a
60 ppm.
• Anodos de ferro/silício/cromo (Fe-Si-Cr) – fabricados em barras circulares, mediante fundição,
com teor de silício da ordem de 16% e teor de cromo não inferior a 4%. Recomendados para solos,
água marinha, fundo do mar e água doce.
• Anodos de chumbo/antimônio/prata (Pb-Sb-Ag) – fabricados em barras circulares, mediante
fundição, com cerca de 6% de antimônio e 1% de prata. Recomendados somente para serem
instalados suspensos em água salgada, sem tocar o fundo do mar.
• Anodos de titânio, nióbio ou tântalo platinizado (Ti-Pt, Ni-Pt ou Ta-Pt) – fabricados nos
formatos de barrinhas, chapas, tubos ou telas, mediante a deposição eletrolítica de platina, ou por
laminaçao. Recomendados p ara solos, água doce, água do mar (excluindo o fundo do mar) e
concreto (na proteção das armaduras de aço).
• Anodos de titânio oxidado – fabricados nos formatos de barrinhas, chapas, fios, tubos ou telas,
mediante revestimento eletrocatalítico do titânio à base de óxidos de metias nobres. Redomendados
para todas as aplicações, incluindo, também, a proteção das armaduras do concreto.
• Anodos de magnetita (Fe3O4) – fabricados no formato de barras circulares, mediante fundição
com adição de pequenas quantidades de elementos de liga. Recomendados para solos, água doce e
água do mar.
• Anodo de ferrita (Fe2O3) – fabricados no formato de barras circulares, quando o btidos por
sinterização, ou em praticamente qualquer formato, quando obtidos pela pulverização a quente dos
óxidos de ferrita sobre um substrato de titânio, nióbio ou tântalo. Recomendados para todas as
aplicações.
Foto 6.4 – Anodo de titânio oxidado.
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6.3.4 Enchimento (Backfill) Usados para os Anodos Inertes
O material clássico para enchimento, no caso de sistemas por corrente impressa, é a moinha
de coque metalúrgico.
A resistividade do coque não deve ser superior a 50 ohm.cm, na compactação de 800 kg/m3.
A granulometria é também de grande importância, a fim de assegurar uma grande superfície de
contato com o anodo, bem como possibilitar uma boa compactação. Tem-se obtido excelentes
resultados com uma granulometria em torno de 10 mm de diâmetro, embora projetistas europeus
prefiram 3 mm.
Quando se tem um backfill bem compactado, anodo e backfill funcional como se fossem um
anodo de dimensões externas idênticas às do backfill, com uma sensível redução da resistência
anodo-solo. Além disso, o tempo de vida do anodo é bastante aumentado, pois o desgaste se
processa pelo menos em parte no coque, e não somente no anodo propriamente dito.
A redução no desgaste do anodo pode prevista em torno de 50% para a densidade de
corrente utilizada.
Em solos de resistividade mais elevada, pode ser adicional sal no coque, normalmente
sulfato de sódio, mas também se admite cloreto de sódio. Por vezes, são previstos dispositivos que
permite a adição periódica de solução salina ao backfill.
Em solos sde resistividade bastante elevada ou extremamente secos, o coque e o anodo
podem ser envolvidos com uma mistura de gesso a 25% e bentonita a 75%. As dimensões externas
dessa camada variam, em geral, de 1 a 2 m de diâmetro. A essa mistura pode ser adicionado, ainda,
sulfato de sódio.
A operação acima chama-se tratamento do solo, sendo comum obter-se com a mesma uma
redução de 15% para furos de 1 m de diâmetro e 35% para furos de 2 m de diâmetro, sobre a
resistência dos anodos calculada para um solo sem tratamento.
6.3.5 Cabos Elétricos
Nos sistemas por corrente impressa, as características que normalmente definem os cabos
elétricos a usar são os apresentados abaixo.
• Capacidade de Corrente
Particularmente importante nos sistemas de proteção de estruturas submersas, onde a
corrente atinge normalmente 200 a 400 A.
Em geral, em virtude da corrente debitada exigir bitola elevada, a resistência do cabo é parcela
pequena da resistência total do circuito.
• Isolamento
São extremamente importantes as características de resistência química e mecânica do
revestimento dos cabos.
Nos sistemas por corrente impressa, a importância do isolamento é bem maior que nos
sistemas galvânicos. Isto porque, com corrente impressa, tem-se os cabos positivos ligando o
retificador ao leito de anodos. Qualquer defeito no isolamento permitirá um contato direto do cabo
com o eletrólito, passando a constituir um ponto de saída de corrente, com um conseqüente intenso
processo de corrosão do cabo e, em curto intervalo de tempo, ocorre a sua “degola”. É interessante
observar que no cabo negativo (bem como nos cabos dos sistemas galvânicos) o problema não é tão
crítico, visto que, nestes, a tendência é dos cabos serem protegidos catodicamente em casos de
ruptura do revestimento.
O revestimento dos cabos deve ser de alta qualidade e, se possível, duplo, para 1.000V.
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No caso de instalações marítimas, revestimentos de polietileno de alta densidade e alto peso
molecular são recomendáveis.
6.3.6 Juntas Isolantes.
São dispositivos usados em tubulações com a finalidade de isolar eletricamente dois trechos
da linha. Com isso, consegur-se:
– isolar eletricamente uma estrutura protegida de outra não protegida, evitando, assim, que a
corrente atinga a estrutura que não se deseja proteger;
– dividir uma estrutura a proteger em trechos isolados e, portanto, tratar cada trecho
independentemente do outro. Em certas circunstâncias, tal procedimento facilita a proteção.
As juntas isolantes convencionais são constituídas de juntas propriamente ditas, estojos para
parafusos e arruelas. O conjunto é montado em flanges.
A montagem de tais juntas é bastante delicada e deve ser executada por pessoal
experimentado, pois as menores imperfeições redundam num mau isolamento elétrico e a
conseqüente perda de finalidade da junta isolante.
As limitações das juntas isolantes convencionais são as seguintes:
– um pequeno desalinhamento dos flanges provoca o esmagamento do cartucho que envolve o
parafuso, resltando na perda do isolamento;
– o próprio movimento da tubulação, devido à dilatação térmica, é capaz de provocar a falha do
isolamento.
Em conseqüência desses problemas foram desenvolvidos outros tipos de juntas isolantes,
onde tais deficiências foram eliminadas.
Essas juntas (tipo Prochind) são prefabricadas e fornecidas com um pequeno trecho de
tubulação. Elas são inseridas na tubulação, sendo suas extremidades, em aço, soldadas no tubo.
Na especificação dessas juntas sdevem constar:
– classe de pressão da linha;
– diâmetro nominal da tubulação;
– natureza do fluido transportado;
– temperatura de trabalho.
Foto 6.5 – Juntas, cartuchos e arruelas para isolamento elétrico de uniões flangeadas.
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6.3.7 Dispositivos de Proteçãodas Juntas Isolantes
Ao se instalar uma junta isolante é necessário prever um dispositivo de proteção contra
descargas atmosféricas. Tal dispositivo pode ser um pára-raio, instalado em paralelo com a junta.
Quando se instala num pa de flanges uma junta convencional, é aconselhável envolver todo
o conjunto, depois de instalado, com massa epóxi, para impedir a entrada de umidade.
É conveniente, quando se instala uma junta isolante, a previsão de uma caixa onde cheguem
cabos soldados de um e de outro lado da junta, a fim de facilitar a retirada de operação da junta.
Caso se torne necessário, basta conectar os bacos para eliminar o isolamento.
6.3.8 Caixas de Medição, Interligação e Pontos de Teste
As caixas de medição e interligação são usadas para receber cabos ligados a pontos diversos,
permitindo que facilmente se faça a conexão ou desconexão desses pontos ou, ainda, se introduza
ou retire uma resistência no circuito. Os pontos de teste são usados para permitir as medições dos
potenciais tubo/solo, para o caso, por exemplo, de uma tubulação enterrada. Os pontos de teste
podem ser do tipo aéreo ou em caixa instalada ao nível do piso.
Figura 6.5 – Esquema de instalação de uma junta de isolamento elétrico.
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Foto 6.6 – Juntas prefabricadas instaladas para isolamento
elétrico de tubulações com proteção catódica.
Como exemplos típicos de aplicação, citamos os seguintes locais onde normalmente se
instalam essas caixas:
– próximo às juntas isolantes;
– cruzamento ou aproximação com tubulações estranhas;
– locais de medição dos potenciais tubo/solo.
6.3.9 Resistores Elétricos
As aplicações típicas dos resistores elétricos em sistemas por corrente impressa são:
– ligação de estruturas estranhas com a estrutura a proteger. Pode haver necessidade de se efetuar
tal ligação, todavia, uma ligação direta poderia acarretar uma perda grande de corrente para a
estrutura estranha, com a conseqüente queda de potencial da estrutura a proteger. Introduz-se, então,
nessa ligação, uma resistência de valor tal que atinja o ponto ideal de trabalho;
– balanceamento da corrente injetada por mais de um leito de anodos supridos por um único
retificador.
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Foto 6.7 – Caixa de medição e interligação e ponto de teste do tipo aéreo.
Os resistores utilizados podem ser de resistência constante ou variável (reostatos).
Em seu dimensionamento deve ser levada em conta a resistência, a potência e a corrente.
6.3.10 Materiais Diversos
São de uso freqüente nos sistemas por corrente impressa, além dos materiais descritos
acima:
– solda Cadweld, usada para soldar cabos elétricos em estrutura de aço;
– placas de celeron, para isolar tubulações de seus suportes;
– eletrodutos, para a proteção dos cabos elétricos;
– massa epóxi, para isolamento das soldas Cadweld;
– eletrodos de referência permanentes de zinco, grafite ou Cu/CuSO4, usados quando se deseja
uma medição permanente de potencial em determinado ponto.
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CAPÍTULO 7
Leitos de Anodos em Poços Profundos
7.1 INTRODUÇÃO
Com a crescente expansão da malha de estruturas metálicas enterradas, principalmente
tubulações, tem se tornado cada vez mais difícil encontrar-se, especialmente em áreas urbanas,
locais adequados à instalação de leitos de anodos convencionais. Essa situação pode facilmente ser
superada com a utilização de leitos de anodos em poços profundos. Nesse tipo de leito todos os
anodos são instalados num mesmo furo, chamado de poço profundo, praticamente sem ocupar
espaço. Em que pesem alguns pontos críticos inerentes ao seu funcionamento, esse procedimento
vem sendo executado desde 1940 em diversos países, especialmente nos Estados Unidos. O
propósito desse capítulo é o de fornecer uma visão geral desse tipo de instalação.
7.2 TIPOS
Existem diferentes tipos de instalação de leitos de anodos em poços profundos. Os principais
tipos utilizados podem ser classificados de acordo com os seguintes critérios:
• Quanto ao meio onde ficam imersos os anodos:
a) Sistema Aberto – os anodos ficam imersos num eletrólito aquoso.
b) Sistema Fechado – os anodos são instalados envoltos por um enchimento condutor tipo
moinha de coque metalúrgico ou coque calcinado de petróleo.
• Quanto à possibilidade de recuperação do leito em caso de dano:
a) Recuperável – em casos de mal funcionamento do leito, pode-se revitalizá-lo,
aproveitando-se o furo e materiais que estiverem em boas condições de uso.
b) Não Recuperável – em caso de mal f uncionamento não pode ser recuperado, perdendo-se
tanto o furo quanto os materiais.
7.2.1 Estrutura Básica
Os leitos em poço profundo possuem a seguinte estrutura básica: uma área ativa, por onde é
liberada a corrente de proteção e uma área inerte. O propósito da área inerte é o de tornar distante a
área ativa do leito, da estrutura protegida, evitando, assim, a ocorrência no solo de gradientes
superficiais de potencial. Na prática, a extensão dessa área varia de 15 a 30 m, podendo, em casos
excepcionais, chegar a valores superiores a 100 m. O comprimento da área ativa é função da
resistência de aterramento do leito, da corrente liberada e do tipo de anodo utilizado.
7.2.2 Tubos e Trilhos-Sucata
Uma das alternativas mais simples para a instalação de um leito de anodos em poço
profundo está no uso de tubos e trilhos-sucata. Nesse caso, a área inativa é obtida por intermédio da
aplicação de um revestimento à superfície metálica, sendo comum revestir-se, também, uma estreita
tira vertical ao longo da superfície ativa, com o propósito de retardar-se o seccionamento do tubo ou
trilho-sucata. Esse tipo de sistema deve ser dimensionado considerando-se um desgaste de 10
kg/A.ano para o aço. O sistema deixará de funcionar adequadamente após o seccionamento. Pode-
se, opcionalmente, instalar no interior do tubo-sucata anodos envoltos por enchimento condutor.
Assim, após o seccionamento do tubo, o leito continuará funcionando por intermédio dos anodos.
Nesse caso é necessário prover o leito com um vent para reduzir-se o risco de bloqueio por gases. A
figura 7.1 mostra o esquema básico desse tipo de instalação.
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Figura 7.1 – Leito de anodos em poço profundo com tubo-sucata.
7.2.3 Sistemas Não Recuperáveis.
Os sistemas não recuperáveis são do tipo sistema fechado, isto é, os anodos são instalados
ocm um enchimento condutor. Apresentam a desvantagem de não poderem ser recuperados em caso
de falha de algum componente, ou bloqueio por gases. Por outro lado, são de instalação mais
simples e não requerem o uso de materiais especiais. A figura 7.2 mostra o esquema básico de
instalação desse tipo de sistema. Para reduzir o risco de ocorrerem problemas que inutilizem o leito,
pode-se utilizar um anodo contínuo, conforme indicado na figura 7.3.
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Figura 7.2 – Leito de anodos em poço profundo, do tipo sistema fechado com anodos múltiplos.
Figura 7.3 – Leito de anodos em poço profundo, do tipo
 sistema fechado com anodo contínuo.
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7.2.4 Sistemas Recuperáveis
Os sistemas recuperáveis foram criados com o propósito de permitir-se a recuperação do
leito de anodos, em caso de falha. Com essa alternativa, elimina-se o risco de perder-se o
investimento gasto com a instalação. Os sistemas recuperáveis podem ser do tipo sistema aberto ou
sistema fechado.
a) Sistema AbertoNesse tipo de sistema os anodos são suspenso dentro do poço e imersos num eletrólito
aquoso. Os anodos podem ser facilmente retirados a qualquer tempo e, se necessário, substituídos.
Em algumas instalações, após concluída a perfuração, o poço tem suas paredes impermeabilizadas e
é enchido com água salgada. Caso necessário, para evitar-se o desmoronamento do poço, pode ser
usada uma camisa não-metálica perfurada.
b) Sistema Fechado
Nos últimos anos foram patenteados diversos sistemas fechados substituíveis, todos com a
mesma característica básica; é possível, a qualquer tempo, retirar-se os materiais de dentro do poço,
sem danificar a perfuração, substituir os deteriorados e repor o leito em funcionamento, numa
operação que não demora mais de dois dias de serviço normal. A figura 7.4 mostra o esquema
básico de dois desses sistemas.
Figura 7.4 – (A) Leito de anodos em poço profundo do tipo recuperável (1º exemplo).
 (B) Leito de anodos em poço profundo do tipo recuperável (2º exemplo).
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7.3 VANTAGENS E DESVANTAGENS
Os leitos em poço profundo possuem vantagens e desvantagens em relação aos leitos
superficiais. A principal vantagem é que podem ser instalados em locais onde não haja espaço
disponível para a instalação dos leitos tradicionais. Por outro lado, a grande desvantagem está na
possibilidade do leito vir a falhar precocemente, devido à elevação da resistência de aterramento
causada por bloqueio de gases provenientes das reações anódicas, ou devido a defeitos dos
materiais utilizados. As principais vantagens e desvantagens estão resumidas a seguir.
7.3.1 Vantagens
a) Não estão sujeitos às limitações de natureza geográfica, topográfica e física, como os leitos
convencionais.
b) Praticamente eliminam a necessidade de desapropriações, pois os leitos podem ser
instalados dentro da faixa de domínio da estrutura protegida.
c) Podem ser utilizados em áreas congestionadas, para evitar a ocorrência no solo de fortes
gradientes superficiais de potencial, que seriam provocados caso se usasse um leito
convencional.
d) Podem ser usados para obter-se um baixo valor de aterramento em locais cujo solo apresente
elevados valores superficiais de resistividade elétrica e baixos valores nas camadas mais
profundas.
e) Em alguns casos, permitem uma melhor e mais eficiente distribuição da corrente de
proteção.
f) Estão menos sujeitos a danos decorrentes de escavações ou atividades agrícolas.
g) São menos sujeitos a alterações da resistência de aterramento causadas por flutuações
sazonais nos valores da resistividade elétrica do solo.
7.3.2 Desvantagens
a) Em alguns tipos de montagem, são suscetíveis ao fenômeno de bloqueio por gases, que
eleva substancialmente a resistência do leito, reduzindo expressivamente sua vida útil. Nesse
caso, se a instalação for do tipo sistema fechado não recuperável, é necessário instalar-se um
novo leito, abandonando-se o antigo.
b) Em caso de dano dos seus componentes, tais como anodos e cabos, poderá, também, ser
necessário instalar-se um novo leito.
c) Os custos de instalação são muito superiores aos dos leitos convencionais.
d) Os testes de injeção de corrente são de difícil execução prática.
e) Em alguns casos devem ser complementados por leitos convencionais, que terão o propósito
de proteger as estruturas, ou partes da estrutura, não atingidas pela corrente de proteção.
Convém observar que o mesmo acontece com os leitos convencionais instalados de forma
remota para a proteção de estruturas situadas em áreas congestionadas.
f) É difícil obter-se uma boa compactação do enchimento condutor. A má compactação ou a
ausência localizada desse material pode provocar um desgaste acelerado dos anodos. Os
enchimentos de alta densidade e granulometria adequada podem ser usados para melhorar
significativamente a compactação.
g) Em sistemas abertos, às vezes é necessário instalar-se uma camisa não metálica para impedir
o desmoronamento do furo.
h) Os sistemas abertos requerem uma profundidade adicional, para depósito de sedimentos.
i) Os sistemas abertos requerem a presença permanente de um eletrólito aquoso.
j) É extremamente difícil avaliar-se previamente e com exatidão o desempenho esperado para
o leito.
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7.4 PROJETO
Os principais parâmetros necessários ao projeto de um leito de anodos em poço profundo
são os seguintes:
a) local de instalação;
b) corrente mínima de proteção;
c) valor máximo admitido para a resistência da cama;
d) vida útil prevista para o sistema;
e) resistividade elétrica no local do leito;
f) seleção de materiais;
g) profundidade máxima permissível.
A determinação dos parâmetros b, c e d é feita de forma análoga ao descrito no capítulo 5. Os
demais parâmetros merecem os comentários abaixo.
7.4.1 Escolha do Local para a Cama
Devem ser consultados todos os dados disponíveis quanto à estratificação das propriedades
do solo na região escolhida. Caso os dados disponíveis sejam insatisfatórios, é necessário fazer-se
um furo exploratório. Nesse caso, pode-se obter um perfil de resistência elétrica da perfuração, com
o auxílio de um instrumento tipo Megger e um eletrodo de corrente.
7.4.2 Resistividade Elétrica do Solo
A resistividade elétrica do solo pode ser determinada, conforme indicado no capítulo 3, pelo
método dos 4 pinos (Método de Wenner). Para grandes espaçamentos, os valores de resistência
encontrados serão muito baixos, sendo, portanto, necessário utilizar-se instrumentos de medição
adequados a essa condição. Para uma melhor análise, os valores obtidos poderão ser estratificados
graficamente ou com o auxílio de um computador.
Em regiões sujeitas a interferência, sobretudo pela presença de tubulações metálicas
enterradas, e limitações de espaõ, não será possível utilizar-se o Método de Wenner. Nesse caso
deverá ser feito um levantamento do perfil da resistência do local previsto para a instalação do leito.
7.4.3 Seleção de Materiais
A correta seleção dos materiais é um dos fatores primordiais para assegurar-se um bom
desempenho do leito. Deve-se ter em mente que, em geral, quanto menor for a quantidade de
materiais dentro do poço, menoes serão as possibilidades de ocorrer uma falha prematura. Tendo-se
em vista o alto custo de instalação e manutenção, é essencial que seam escolhidos materiais de
excelente qualidade, que apresentem bom desempenho no ambiente de instalação. Em geral,
recomendam-se os seguintes cuidados mínimos:
• Anodos
Quase todos os anodos inertes de proteção catódica podem ser utilizados. É essencial que as
conexões dos cabos elétricos aos anodos sejam muito bem isoladas contra a penetração de umidade.
Não devem ser feitas conexões entre cabos elétricos no interior do leito, devendo-se trazer o cabo
de cada anodo até a supefície, onde serão interligados por intermédio de uma caixa de junção de
cabos. O tipo de anodo escolhido deve ser adequado ao tipo de enchimento condutor e ao meio
ambiente do local de instalação.
Outro ponto crítico está na liberação excessiva de corrente, o que pode acarretar o bloqueio
de um ou mais anodos por gases, ou um desgaste acelerado dos anodos.
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Um cuidado importante que deve ser tomado é a escolha de um sistema adequado para abaixamento
e suporte dos anodos.
• Cabos elétricos dos anodos
Os cabos elétricos devem ser selecionados, principalmente, em função do meio ambiente
onde será instalado o leito. O ponto crítico está na seleção do tipo de isolamento. O problema mais
comum de falha dos cabos elétricos tem sido a quebra do isolamento por ação de gases halógenos e
outros gases corrosivos. Em locais com presençade íons halógenos, deve ser especificado um
isolamento quimicamente resistente a esse fenômeno.
Convém mencionar que o isolamento do tipo polietileno de alto peso molecular, muito
utilizado nos leitos convencionais, não é quimicamente resistente aos gases halógenos e outros
gases corrosivos.
Na escolha do tipo de isolamento devem ser consideradas, também, as seguintes
características:
– propriedades dielétricas;
– resistência à abrasão;
– ponto de ruptura por tensão.
Um outro item que merece destaque especial é a quantidade de cabos dentro do leito. Quanto
maior for essa quantidade, tanto maior será o risco de que ocorram danos aos cabos, provocados
pela evolução de gases corrosivos. Deve-se, portanto, limitar a quantidade de cabos ao mínimo
possível.
• Enchimento condutor
Um dos pontos críticos em relação ao enchimento condutor está na dificuldade de executar-
se uma boa compactação, o que pode ser facilitado pelo uso de um material de peso específico
elevado. O uso de enchimento com grãos de formatos iregulares pode danificar os equipamentos e
mangueiras de bombeio, além de provocar vazios que podem comprometer o bom funcionamento
do leito. Em locais sujeitos à evolução de gases, o enchimento condutor deve fornecer um meio
permeável à dissipação desses gases.
• Eletroduto para ventilação
A princípio, todas as instalações do tipo sistema fechado devem ter um eletroduto perfurado
para ventilação dos gases produzidos pelo leito. O material desse eletroduto deve ser imune ao
ataque de gases corrosivos.
• Camisas
Camisas metálicas e não-metálicas são utilizadas para controlar problemas como
desmoronamento do leito e liberação indesejável de corrente.
As camisas metálicas podem ser utilizadas desde que seu uso não resulte numa liberação
indesejável de corrente junto à superfície.
As camisas de metal não-metálico (tais como asbestos, cimentos e termoplásticos), quando
instaladas junto à parte ativa do leito, devem ser perfuradas de forma a garantir o contato do
enchimento com o eletrólito.
• Caixa de junção de cabos elétricos
Os cabos provenientes dos anodos devem ser agrupados numa caixa de junção de cabos,
instalada ao nível do solo, próxima ao retificador. A caixa deverá permitir a medição e o controle,
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por meio de resistências, da corrente liberada por cada anodo. As entradas dos eletrodutos deverão
ser seladas para impedir a penetração de gases, e a caixa, se feita de material metálico, deve ser
aterrada eletricamente.
7.4.4 Profundidade Máxima Admissível
Esse parâmetro é determinado em função dos dados obtidos durante o levantamento de
campo e/ou sondagem.
7.4.5 Procedimento para o Dimensionamento
O dimensionamento pode ser feito seguindo-se os seguintes passos:
a) Determinação do diâmetro do leito
Normalmente, o diâmetro é fixado em função do tipo de instalação escolhida e dos materiais
empregados. Na prática, são utilizados diâmetros entre 15 e 30 cm, sendo mais comuns os de 20 a
25 cm..
b) Determinação da quantidade de anodos
A quantidade de anodos é determinada, conforme visto no capítulo 5, em função de fatores
como o meio ambiente da instalação, a corrente de projeto, o tamanho, formato, peso e densidade de
corrente na superfície do anodo, o enchimento condutor usado, a resistência de aterramento
desejada, a vida útil necessária e o comprimento da parte ativa do leito.
c) Distribuição dos anodos dentro da parte ativa
A distribuição dos anodos dependerá do tipo escolhido, da sua quantidade e do tipo de
instalação e deve ser feita de forma criteriosa, para evitar a ocorrência de problemas durante a
instalação e falha precoce durante a operação.
d) Determinação do comprimento da parte ativa do leito (La)
O valor a ser adotado deverá ser igual ou superior aos seguintes valores:
– comprimento mínimo necessário à instalação completa dos anodos e demais acessórios da parte
ativa do leito;
– comprimento mínimo necessário para atender à resistência de aterramento prevista.
O cálculo da resistência de aterramento pode ser feito da seguinte maneira:












pi
ρ
= 1–
D
La4
n
La2
R l
onde:
R = resistência (ohm);
ρ = resistividade elétrica do solo (ohm . cm);
La = comprimento total da parte ativa do leito (cm);
D = diâmetro do leito (cm).
Para facilitar os cálculos pode-se utilizar o ábaco da figura 7.5, que fornece a resistência de
aterramento em função do comprimento da parte ativa, para um eletrólito de 1.000 ohm . cm, de
resistividade elétrica e um diâmetro de 20 cm. Para outros diâmetros, os valores obtidos podem ser
usados como uma primeira aproximação. Para outros valores de resistividade elétrica do eletrólito, a
resistência de aterramento é proporcional.
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e) Determinação do comprimento da parte inativa do leito (Li)
O comprimento da parte inativa (Li) é determinado em função das necessidades de
distribuição da corrente de proteção e das características do solo na região. Esse último parâmetro
torna-se preponderante quando as formações de baixa resistividade estão localizadas a grandes
profundidades.
f) Comprimento total do leito
O comprimento total do leito será a soma dos comprimentos da parte ativa (La) e inativa
(Li).
Figura 7.5 – Resistência de aterramento de um leito em poço profundo em
função do comprimento da parte ativa, considerando um eletrólito
 de 1.000 ohm . cm e um diâmetro de 20 cm.
7.5 MONTAGEM
Os procedimentos de montagem dependem do tipo de sistema a ser instalado, dos materiais
escolhidos, do local de instalação, dos equipamentos utilizados e da experiência prévia do
montador. Em qualquer caso, devem ser estabelecidos procedimentos rigorosos para evitar-se a
ocorrência de defeitos de montagem. Em instalações do tipo sistema fechado, a perda do leito
acarretará em elevado ônus, correspondente a uma nova montagem.
7.6 ENERGIZAÇÃO
Durante a energização torna-se muito importante controlar-se a corrente liberada por cada
anodo que, em hipótese alguma, deve superar a capacidade de corrente do mesmo. Caso necessário,
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devem ser utilizadas resistências para controlar a corrente injetada. Os valores finais obtidos devem
ser arquivados para futuras comparações.
7.7 OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO
Os procedimentos de energização, operação e manutenção dos sistemas de proteção catódica
com leitos de anodos em poço profundo são, na sua maioria, análogos aos utilizados nos sistemas
tradicionais. Alguns procedimentos adicionais são os mencionados a seguir.
7.7.1 Problemas Usuais Durante a Operação e Manutenção
Em sistemas fechados, o principal problema costuma ser o bloqueio por gases corrosivos,
devido à ventilação inadequada. Esse processo inicia-se, normalmente, pelo anodo mais profundo,
progredindo em direção à superfície. Nesse caso, o problema às vezes pode ser corrigido por meio
de injeção de água ou de ar, através do eletroduto de ventilação ou desintupindo-se o mesmo com o
auxílio de um tubo de menor diâmetro ou com uma vareta. Outro recurso também utilizado consiste
em alterar-se as correntes liberadas pelos anodos ou em desligar-se, provisoriamente, o anodo
afetado. Caso o sistema seja do tipo não-recuperável, o problema poderá evoluir até o ponto onde
ter-se-á que abandonar o leito e instalar um novo. Em leitos recuperáveis, o problema poderá ser
sanado, substituind-se os materiais danificados.
Outro problema que ocorre é devido a alterações na umidade do solo em contato com a parte
ativa da cama, causadas por diminuição do nível hidrostático. Isso resulta num crescente aumento
da resistência de aterramentodo leito, e normalmente afeta primeiro os anodos mais superficiais,
progredindo em direção aos anodos mais profundos. Esse problema às vezes é corrigido injetando-
se água no poço.
As principais causas de falha precoce são as seguintes:
– seleção inadequada dos materiais;
– defeitos de fabricação;
– dano mecânico durante o manuseio ou instalação;
– procedimentos inadequadas de montagem, energização ou operação.
7.7.2 Registros
O desempenho do leito deve ser constantemente verificado, anotando-se os valores de
corrente liberados por cada anodo, bem como os valores das resistências de calibração utilizadas.
Esses dados serão de fundamental importância na avaliação de qualquer problema que venha a
ocorrer com o leito de anodos.
7.8 CONCLUSÕES
O uso de leito de anodos em poço profundo é uma alternativa viável para superar
dificuldades não solucionáveis pelo uso de camas convencionais.
Devido às suas limitações, em particular o risco de bloqueio por gases e o alto custo inicial, seu uso
deve ser limitado aos casos onde não seja possível utilizar-se um leito convencional.
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CAPÍTULO 8
Inspeção e Manutenção de Sistemas de Proteção Catódica
8.1 INTRODUÇÃO
Para serem eficientes, os sistemas de proteção catódica precisam ser inspecionados com uma
certa freqüência e reparados sempre que necessário, de modo a manter as tubulações ou estruturas
permanentemente energizadas, com potenciais suficientemente negativos em relação ao solo ou à
água, dentro dos limites de proteção catódica.
Dessa maneira, os seviços periódicos de inspeção e os trabalhos de manutenção, precisam
ser executados com critério, por técnicos devidamente treinados, de modo que os sistemas de
proteção sejam mantidos operando com eficiência, ao longo dos anos.
8.2 COMPONENTES DE UM SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA
Os componentes básicos de um sistema de proteção catódica, para cada tipo de instalação
metálica enterrada ou submersa, são os apresentados a seguir.
8.2.1 Para Tubulações Enterradas
Os sistemas de proteção catódica para tubulações enterradas são os mais encontrados na prática.
Esses sistemas podem ter todos ou parte dos seguintes componentes:
– retificadores de corrente, utilizados para converter a corrente alternada de alimentação elétrica
em corrente contínua, de modo a injetá-la na tubulação, via anodos e solo;
– leitos de anodos inertes, com a finalidade de injetar no solo a corrente contínua liberada pelo
retificador. O leito de anodos é sempre ligado ao pólo positivo do retificador, uma vez que o
negativo é ligado na tubulação;
– pontos de teste, para permitir a medição dos potenciais tubo/solo, com o auxílio de um
voltímetro e uma meia-célula de referência, de Cu/CuSO4;
– caixas de medição e interligação (M.I.), que sevem para interligar eletricamente duas ou mais
tubulações. Essas interligações podem ser feitas ou diretamente ou por meio de um resistor
elétrico;
– juntas de isolamento elétrico que, instaladas em uniões flangeadas, têm a finalidade de limitar
eletricamente a tubulação protegida. As juntas de isolamento possuem, normalmente, um
dispositivo para sua proteção contra transientes elétricos na tubulação;
– dispositivos de drenagem, usados somente quando a tubulação cruza ou se aproxima de vias
férreas eletrificadas. Esses dispositivos devolvem para a via férrea as correntes de fuga captadas
ao longo da tubulação;
– leitos de anodos galvânicos, usados no lugar dos anodos inertes dos sistemas de corrente
impressa, quando a tubulação tem comprimento muito pequeno e bom revestimento,
necessitando de pouca corrente para sua proteção. Os leitos de anodos galvânicos são usados,
algumas vezes, como auxiliares na drenagem de correntes de fuga para o solo, em locais onde
não é possível instalar-se um dispositivo de drenagem (locais onde não existe proximidade da
tubulação com a via férrea, por exemplo).
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8.2.2 Para Tubulações Submersas
As tubulações submersas, na maioria das vezes, são protegidas catodicamente com o auxílio
de sistemas galvânicos, mediante a instalação de anodos de sacrifício, sob a forma de braceletes,
distribuídos ao longo da tubulação.
Em alguns casos, dependendo das características da tubulação, são usados sistemas por corrente
impressa, semelhantes aos utilizados para as tubulações enterradas.
8.2.3 Para Fundos de Tanques de Armazenamento
As partes externas, em contato com o solo, dos fundos dos tanques de armazenamento de
petróleo e derivados são protegidas normalmente com sistemas por corrente impressa, utilizando-se
os seguintes componentes:
– retificadores de corrente;
– leitos de anodos inertes.
Os tanques de armazenamento de pequeno diâmetro não necessitam de pontos de teste, uma vez
que as medições dos potenciais tanque/solo são feitas diretamente na própria borda do tanque. Para
os tanques de grande diâmetro, utilizam-se eletrodos permanentes de referência, instalados antes da
construção, sob o fundo de cada tanque.
As pates internas dos fundos dos tanques que armazenam petróleo com lastro de água são
protegidas com anodos galvânicos, soldados internamente no fundo do tanque.
8.2.4 Para Estacas de Aço Cravadas no Mar
Os sistemas de proteção catódica para as estacas de aço, cravadas no mar, dos piers de atracação
de navios empregam, normalmente, os componentes seguintes:
– retificadores de corrente;
– leitos de anodos inertes;
– pontos de teste;
– anodos galvânicos, que são utilizados, em alguns casos, onde não há indicação para o sistema de
corrente impressa.
8.2.5 Plataformas de Petróleo
As plataformas de petróleo são protegidas catodicamente, na maioria das vezes, com auxílio
de anodos galvânicos, mediante fixação por meio de solda da alma do anodo aos componentes de
aço da plataforma, em suas partes submersas. As plataformas de petróleo podem, também, ser
protegidas com os sistemas por corrente impressa.
8.2.6 Armaduras de Aço das Obras de Concreto
As armaduras são protegidas com os sistemas por corrente impressa, mediante a utilização
de anodos especiais.
8.3 ORIENTAÇÃO PARA OS SERVIÇOS DE INSPEÇÃO E MANUTENÇÃO
Os serviços rotineiros sde inspeção e manutenção, necessários aos sistemas de proteção
catódica, variam de sistema para sistema e dependem das características de cada estrutura metálica
protegida.
Uma orientação geral para a execução desses serviços nas instalações de proteção catódica
mais comuns é a apresentada a seguir.
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8.3.1 Tubulações Enterradas Protegidas com Sistema Galvânico
– Inspecionar os leitos de anodos, com medições de corrente e do potencial anodo/solo. A
freqüência dessa inspeção pode variar de 6 meses a 2 anos, dependendo do comportamento dos
potenciais tubo/solo da tubulação.
– Reparar o leito de anodos sempre que houver necessidade.
– Medir os potenciais tubo/solo e inspecionar os pontos de teste pelo menos uma vez por mês,
cuidando para mantê-los limpos e em condições de uso.
– Inspecionar e testar as juntas de isolamento elétrico pelo menos uma vez por mês e repará-las
sempre que houver necessidade, de modo a mantê-las operando com eficiência.
– Manter fichas de controle de operação do sistema, mediante anotações dos potenciais medidos e
dos serviços de reparos executados.
8.3.2 Tubulações Enterradas Protegidas com Sistema por Corrente Impressa
– Inspecionar os retificadores pelo menos uma vez por mês, incluindo o seu circuito de
alimentação elétrica. Em tubulações influenciadas por correntes de fuga, a freqüência de
inspeção dos retificadores precisa ser maior, com inspeções semanais, em alguns casos, ou até
mesmo diárias, em outros, dependendoda complexidade do sistema e das características de
atuação das correntes de fuga. Nesses casos, torna-se necessário, também, inspecionar os
equipamentos de drenagem com a mesma freqüência dos retificadores, incluindo a inspeção das
ligações com os trilhos da via férrea.
– Reparar os retificadores e as drenagens sempre que necessário, cuidando para mantê-los limpos
e em perfeitas condições de uso.
– Testar, por meio de instrumentos, as condições de operação dos leitos de anodos. Esses testes
devem ser executados com a mesma freqüência da inspeção dos retificadores.
– Reparar os leitos de anodos sempre que necessário, de modo a mantê-los operando com
eficiência.
– Medir os potenciais tubo/solo e inspecionar os pontos de teste e as caixas M.I. pelo menos uma
vez por mês, cuidando para mantê-los limpos e em perfeitas condições de uso.
– Inspecionar e testar as juntas de isolamento elétrico pelo menos uma vez por mês, cuidando para
mantê-las em perfeitas condições de operação.
– Regular o sistema, sempre que houver necessidade.
– Manter fichas de controle de operação do sistema, mediante anotações das oondições de
funcionamento dos retificadores, das drenagens, dos potenciais tubo/solo medidos e dos
serviços de reparos e regulagens executados.
8.3.3 Fundos de Tanques de Armazenamento
– Inspecionar os retificadores mensalmente, cuidando para repará-los sempre que necessário e
mantê-los em perfeitas condições de uso.
– Reparar os leitos de anodos sempre que forem danificados por eventuais serviços de escavação
na área, ou por outro tipo de acidente.
– Medir os potenciais tanque/solo pelo menos uma vez por mês.
– Regular o sistema sempre que necessário.
– Manter fichas de controle de operação do sistema, mediante anotações das condições de
funcionamento dos retificadores, das drenagens, dos potenciais tubo/solo medidos e dos
serviços de reparos e regulagens executados.
8.3.4 Estacas Metálicas de Piers de Atracação de Navios com Sistema por Corrente Impressa
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– Inspecionar os retificadores quinzenalmente, cuidado para repará-los sempre que necessário e
mantê-los em perfeitas condições de uso.
– Inspecionar e testar os anodos inertes do sistema sempre que forem notadas alterações
importantes na resistência elétrica do circuito de proteção catódica.
– Reparar os anodos e as inteligações elétricas sempre que necessário, cuidando para mantê-los
em operação normal.
– Medir os potenciais estaca/água pelo menos uma vez por mês.
– Regular o sistema sempre que necessário.
– Manter fichas de controle de operação do sistema, mediante anotações das condições de
operação dos retificadores, dos potenciais estaca/água, bem como dos reparos e regulagens
executados no sistema.
8.3.5 Plataformas de Petróleo com Sistema por Anodos Galvânicos
Para as estruturas marítimas offshore as medições dos potenciais são mais complicadas,
devendo ser executadas por inspetores-megulhadores ou por veículos submarinos (RCV ou mini-
submarinos). Os inspetores, nesse caso, precisam ser qualificados pela sociedade classificadora da
plataforma. A tarefa é difícil de ser executada e o seu custo é bastante alto. Por isso mesmo, a
freqüência das inspeções é um pouco dilatada, sendo determinada de acordo com as exigências das
sociedades classificadoras. A DNV e o LLOYD, por exemplo, exigem que as inspeções sejam
anuais.
A primeira inspeção, entretanto, é a mais importante, uma vez que através dela ficamos sabendo se
o projeto, a fabricação dos anodos e a montagem do sistema foram executados corretamente, e se a
plataforma encontra-se protegida catodicamente
Para evitar gastos excessivos e dificuldades nas inspeções e medições com o auxílio de
técnicas submarinas, estão sendo usados, para as plataformas mais modernas, os sistemas de
monitoração que permitem a obtenção de informações sobre o desempenho dos anodos e sobre os
valores dos potenciais, sem a necessidade do uso dos inspetores-mergulhadores ou de equipamentos
sofisticados, uma vez que as informações são colhidas em instrumentos de medição instalados em
um painel na própria plataforma.
8.3.6 Armaduras de Aço do Concreto
– Inspecionar os retificadores mensalmente, cuidando para mantê-los em operação normal.
– Medir os potenciais aço/concreto pelo menos uma vez por mês.
– Manter fichas de controle de operação do sistema.
8.4 CONCLUSÃO
Os sistemas de proteção catódica são indispensáveis para a conservação das instalações
metálicas enterradas, submersas ou embutidas no concreto.
Para serem eficientes, os sistemas de proteção catódica precisam ser mantidos em operação
permanentemente, necessitando inspeções periódicas e reparos eventuais, que devem ser executados
com rigor e por meio de técnicos treinados.
Recomenda-se que esses serviços sejam executados com todo o cuidado pelas equipes
responsáveis pela operação das instalações metálicas enterradas ou submersas de cada companhia,
ou mediante contratação de firma especializada, quando a empresa não dispuser de técnicos com
treinamento específico em proteção catódica.
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CAPÍTULO 9
Revestimentos Protetores para Instalações Metálicas Enterradas e Submersas
9.1 INTRODUÇÃO
Os revestimentos protetores são empregados em estruturas metálicas enterradas ou
submersas, com a finalidade específica de formar uma barreira isolante entre o material metálico e o
eletrólito (solo ou água), para combater a corrosão.
Os processos corrosivos das estruturas enterradas ou submersas ocorrem quando as correntes
das pilhas de corrosão fluem para o solo ou para a água, abandonando o material metálico.
Os revestimentos são usados para reduzir o fluxo de corrente das pilhas e diminuir a
corrosão, que cessaria totalmente se fosse possível a obtenção de um revestimento perfeito, com
100% de eficiência.
Os revestimentos possuem sempre poros e são danificados com certa facilidade, adquirindo
falhas que, associadas à absorção de umidade, permitem o funcionamento da spilhas de corrosão.
Para complementar a proteção parcial do revestimento, utiliza-se, então, um sistema de proteção
catódica, cujo fluxo de corrente, proveniente dos anodos galvânicos ou dos retificadores, penetra
nos poros e falhas da camada isolante, bloqueia as correntes de corrosão e elimina totalmente o
processo corrosivo, conforme mostrado na figura 9.1.
Figura 9.1 – A proteção catódica protege os poros e as falhas dos revestimentos.
Pela análise da figura 9.1 pode-se concluir que, quanto maior o número de falhas do revestimento,
maior será a quantidade de corrente requerida para a proteção catódica integral da tubulação. É
necessário, portanto, que os revestimentos protetores sejam especificados adequadamente para a
obtenção da maior eficiência possível.
Serão discutidas, no presente capítulo, as principais técnicas de aplicação dos revestimentos,
utilizados normalmente na proteção de estruturas enterradas ou submersas.
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9.2 CARACTERÍSTICAS NECESSÁRIAS A UM REVESTIMENTO
Um bom revestimento protetor para as instalações metálicas enterradas ou submersas deve
ter as seguintes características principais:
• Resistência à água
Essa característica evita a absorção de umidade pelo revestimento, garantindo, assim, a sua
capacidade de isolamento elétrico.
• Resistência elétrica
Impedindo a absorção de umidade e possuindo boas características dielétricas, o
revestimento tende a isolar o material metálico do eletrólito, minimizando a passagem das correntes
de corrosão.
• Adesão ao material metálico
Essa característica depende basicamente de boa limpeza da superfície a proteger e, uma vez
obtida,assegura vida mais longa ao revestimento.
• Resistência a produtos químicos
Um revestimento quimicamente inerte tem condições de manter sua capacidade protetora
por mais tempo, sendo essa característica muito importante para o prolongamento de sua vida.
• Resistência aos impactos
Devido aos impactos a que os revestimentos são submetidos durante o manuseio, transporte
e instalação da estrutura metálica, torna-se necessário que eles sejam os mais resistentes possíveis,
para que não sejam danificados com facilidade.
• Resistência às ações mecânicas do solo
Devido às contrações e expansões dos solos, torna-se necessário que os revestimentos
utilizados em tubulações enterradas possuam, também, essa característica.
• Estabilidade sobre os efeitos de variações de temperatura
Essa característica é desejável, principalmente para regiões com grandes variações de
temperatura, não muito comuns aqui no Brasil.
• Ductibilidade
Essa propriedade consiste na capacidade dos revestimentos de absorverem as tensões e os
esforços a que são submetidas as estruturas revestidas.
• Durabilidade
É resultante da obtenção de todas as características acima e de grande importância para a
vida da estrutura metálica.
• Fácil aplicação
Por razões óbvias, o revestimento protetor deve ser, tanto quanto possível, de fácil aplicação.
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9.3 REVESTIMENTO PARA TUBULAÇÕES ENTERRADAS
Muitos tipos de revestimentos podem ser aplicados para a proteção das tubulações
enterradas, sendo mais utilizados os seguintes:
– esmalte de piche de carvão (coal tar enamel);
– esmalte de asfalto de petróleo (asphalt enamel);
– fitas plásticas de cloreto de polivinila (PVC), polietileno ou poliéster;
– espuma rígida de poliuretana;
– tintas betuminosas (coal tar epóxi e alcatrão epóxi).
9.3.1 Revestimento à Base de Esmalte de Piche de Carvão
O revestimento à base de esmalte de piche de carvão (coal tar) é o mais utilizado e o
apresenta melhor desempenho para as tubulações de aço enterradas.
Esse revestimento é aplicado a quente, segundo as seguinte etapas (figura 9.2).
1ª etapa: Limpeza cuidadosa da superfície metálica do tubo por intermédio de escovas de aço
ou jateamento de areia. Essa operação é de extrema importância para a perfeita adesão do
revestimento ao tubo.
2ª etapa: Aplicação de uma pintura base ou primer, compatível com o esmalte de piche de
carvão. Os mais mais indicados para esse primer são tintas que constituem-se de uma solução de
coal tar pigmentada com óxido de ferro e/ou óxido de chumbo.
3ª etapa: Aplicação de uma camada mínima de 3/32” do esmalte de piche de carvão. Esse
material deve ser aplicado à quente, com a temperatura recomendada pelo fabricante, que se situa
na faixa de 230 ºC a 270 ºC. Cuidados deverão ser tomados para que a aplicação seja feita sobre o
primer convenientemente curado, devendo ser evitada a aplicação sobre o primer ainda “verde”, ou
após ter ficado exposto por longo tempo, quando se diz que a tinta encontra-se “morta”. Nessas
circunstâncias corre-se o risco de não haver uma perfeita aderência entre o primer e o esmalte, o
que contribuirá para a obtenção de um revestimento de má qualidade.
4ª etapa: Após o esmalte aplicado e ainda na fase líquida, aplica-se, embebida no esmalte, uma
camada de lã de vidro, convenientemente especificada. A finalidade principal desse reforço de lã de
vidro é a de conferir ao revestimento uma boa resistência mecânica. Em algumas aplicações esse
reforço de lã de vidro não é utilizado, com o objetivo principal de diminuir o custo do revestimento
protetor, o que diminui també a sua qualidade.
5ª etapa: A etapa seguinte consiste na aplicação, também embebido no esmalte, de uma
camada de papel de feltro de asbestos, de modo a se obter uma superfície lisa e isenta de defeitos
visíveis. Essa camada de papel de feltro, em muitos casos utilizada em substituição à capa protetora
de lã de vidro, possui como finalidades principais fornecer ao revestimento boa resistência ao
impacto, boas características de absorção das tensões do solo sobre o tubo e aumentar a resistência
do revestimento à passagem das correntes elétricas.
6ª etapa: Aplicação de papel Kraft ou caiação (pintura branca resistente à água) sobre o
revestimento de papel de feltro, com as seguintes finalidades:
– ajudar a proteger o revestimento contra aquecimento excessivo, quando os tubos revestidos são
expostos ao Sol por longo período;
– proteger o tubo contra os danos por abrasão, durante o transporte;
– servir como indicador visual dos danos causados aos revestimentos durante os períodos de
estocagem, manuseio e transporte.
7ª etapa: Finalmente, após revestidos, os tubos precisam ser inspecionados, para localização e
reparos de defeitos, utilizando-se para tal um detector elétrico de porosidade, como o holiday
detector, convenientemente calibrado para a espessura do revestimento, conforme orientação
mostrada na tabela 9.1, exigindo-se que todos os defeitos encontrados sejam cuidadosamente
reparados antes do tubo ser lançado na vala.
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Figura 9.2 – Revestimento de um tubo com esmalte de piche de carvão.
TABELA 9.1
Voltagens Recomendadas para a Utilização do Holiday Detector
Máxima espessura do revestimento Máxima voltagem
3/32” 7.200 V
4/32” 9.600 V
5/32” 12.000 V
6/32” 14.400 V
O revestimento aplicado na seqüência das etapas acima mencionadas constitui-se no
chamado revestimento simples. Em locais de maior agressividade do solo, em trechos submarinos
ou em tubulações sujeitas a fortes correntes de interferência, emprega-se o chamado revestimento
duplo.
Para a execução do revestimento duplo, repete-se, após a aplicação da 4ª etapa, as 3ª e 4ª
etapas novamente, seguindo-se depois a 5ª, a 6ª e a 7ª etapas na seqüência normal.
Para esse revestimento, os valores de eficiência normalmente utilizados em projetos de
proteção catódica são os seguintes:
– para revestimentos simples: 95% inicial e 90% final;
– para revestimentos duplos: 98% inicial e 94% final.
9.3.2 Revestimento à Base de Esmalte de Asfalto de Petróleo
Esse revestimento, embora em menor escala que o anterior, é também muito usado para
tubulações enterradas, sendo que os métodos e os cuidados na sua aplicação são basicamente os
mesmos.
Com relação ao desempenho, quando comparado ao revestimento de piche de carvão, ele
possui, de um modo geral e enquanto novo, as mesmas características de facilidade de aplicação,
espessura, aderência, resistência química à ação dos solos e águas (não possui boa resistência
química aos produtos de petróleo), flexibilidade, resistência aos esforços do solo (que não é muito
boa) e eficiência. Esse revestimento, entretanto, envelhece mais rapidamente com o passar do
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tempo, perdendo eficiência, sendo essa a sua grande desvantagem em relação ao revestimento de
esmalte coal tar. O envelhecimento dá-se, principalmente, pela maior taxa de absorção de água.
Para esse revestimento, os valores de eficiência normalmente utilizados em projetos de
proteção catódica são os seguintes:
– para revestimentos simples: 95% inicial e 75% final;
– para revestimentos duplos: 98% inicial e 85% final.
9.3.3 Revestimento com Fitas Plásticas
O revestimento à base de fitas plásticas, normalmente as de polietileno, cloreto de polivinila
(PVC) e outras, deve ser especificado e aplicado de acordo com as recomendações dos fabricantes,
que diferem de um produto para outro.
Esse revestimento apresenta a vantagem de ser aplicado a frio, normalmente no campo, e possui, de
um modo geral, as características seguintes:
– aplicação muito fácil;
– necessidade de tinta base(primer), de acordo com a orientação dos fabricantes. Alguns
recomendam essa aplicação e outros não;
– tendência a furos: maior que o revestimento á base de piche de carvão e de asfalto;
– aderência: bem menor que a dos revestimentos anteriores;
– resistência química: boa resistência à ação química dos solos e águas e resistência química
muito baixa aos produtos de petróleo;
– flexibilidade: boa;
– resistência aos esforços do solo e aos impactos: é muito baixa, principalmente quando
submetido a materiais ponteagudos, como as pedras;
– resistência à abrasão: o revestimento desliza e é sujeito a cortes;
– eficiência logo após a aplicação: regular, menor que a eficiência conseguida com o revestimento
de piche ou asfalto;
– usos mais comuns: proteção de pequenas tubulações com pequenos diâmetros, como os ramais
de serviço, de um modo geral, e redes de incêndio.
Os valores de eficiência mais usuais para esse revestimento são os seguintes:
– para revestimento com uma camada de fita: 40% inicial e 30% final;
– para revestimento com duas camadas de fita: 50% inicial e 40% final.
9.3.4 Revestimento com Tintas Betuminosas (Epóxi Piche de Carvão ou Alcatrão Epóxi)
É um revestimento aplicado a frio, de fácil aplicação, que apresenta, no entanto, duas
grandes desvantagens:
– baixa resistência mecânica;
– pouca espessura, o que acarreta baixa eficiência de revestimento.
As etapas de aplicação desse revestimento são as seguintes:
– jateamento ao metal branco (SSPC-SP-5-63);
– três demãos de tinta epóxi piche de carvão ou alcatrão de hulha epóxi, aplicação a trincha com
espessura mínima de 150 mm por demão;
– eficiência: 60% inicial e 50% final.
9.3.5 Revestimento com Espuma Rígida de Poliuretano
Esse revestimento é aplicado em tubulações que transportam fluidos aquecidos. Tem, em
geral, espessura da ordem de 5 cm.
É um excelente revestimento anticorrosivo, porém de alto custo, sendo aplicado somente nos casos
em que se deseja combinar a proteção contra a corrosão com o revestimento térmico.
Os valores de eficiência mais usuais são os seguintes: 95% inicial e 90% final.
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9.4 REVESTIMENTO PARA TUBULAÇÕES SUBMERSAS
As tubulações submersas são revestidas, em geral, com piche de carvão, véu de fibra de
vidro e papel de feltro, em revestimento duplo. Para as tubulações com diâmetro acima de 10”,
usam-se blocos de concreto para ancoragem no fundo do mar. Os blocos de concreto, quando
distribuídos ao longo de toda a tubulação, contribuem também para o revestimento anticorrosivo,
embora muito pouco.
9.5 REVESTIMENTO PARA TANQUES DE ARMAZENAMENTO
Os tanques metálicos para armazenamento de produtos, tais como água, petróleo, derivados
de petróleo e produtos químicos são construídos:
– totalmente enterrados;
– aéreos, com o fundo apoiado a uma base constituída da compactação do solo e uma camada de
areia e brita no interior de um anel de concreto (tanques de fundação direta);
– aéreos, com o fundo apoiado sobre uma laje de concreto com estacas cravadas no solo (tanques
de fundação indireta).
9.5.1 Revestimento para Tanques de Aço Totalmente Enterrados
O revestimento para tanques de aço totalmente enterrados constitui-se, em geral, de piche ou
asfalto aplicado a quente sobre uma superfície limpa, limpeza essa normalmente obtida com o
emprego de escovas rotativas.
Os valores de eficiência usuais, em projetos de proteção catódica, são os seguintes: 75% inicial e
60% final.
9.5.2 Revestimento para Fundo de Tanque
• Revestimento externo: as partes externas dos fundos dos tanques, tanto os de fundação direta
quanto os de fundação indireta, são geralmente revestidas com uma camada de piche ou asfalto
entre a chapa do fundo e a base. Em alguns casos, aplica-se uma tinta betuminosa de solução, nas
chapas, antes da soldagem do fundo.
Os valores de eficiência usuais, em projetos de proteção catódica, são os seguintes: 60% inicial e
50% final.
• Revestimento interno: as partes internas (fundo e a até um metro do costado) nos tanques de
armazenamento de petróleo rebem um revestimento por pintura, sendo comum o seguinte sistema:
– jateamento ao metal branco (SSPC-SP-5-63);
– aplicação de duas demãos de zarcão-óxido de fero epóxi a rolo ou a trincha, com espessura
mínima de 35 mm por demão;
– aplicação de duas demãos de piche de carvão epóxi a trincha, com espessura mínima de 150 mm
por demão.
Os valores de eficiência usuais são os seguintes: 95% inicial e 90% final.
9.6 REVESTIMENTO PARA CASCO DE EMBARCAÇÕES
São utilizados diversos sistemas para o revestimento de cascos de embarcações. São
sistemas adequados para imersão, baseados em tintas epoxi, borrachas cloradas e betuminosas.
O revestimento de cascos de embarcações na região submersa sofre muita abrasão, com
conseqüente dano da camada de pintura.
Os valores de eficiência mais usuais são os seguintes: 95% inicial e 60% final.
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9.7 REVESTIMENTO PARA ESTACAS DE AÇO DE PIERS DE ATRACAÇÃO
As estacas de aço de piers de atracação são, em geral, revestidas somente na região de
variação das marés.
Há dois tipos de revestimento empregados nesses caos:
– revestimento com massa epóxi poliamida, aplicado após a cravação das estacas;
– revestimento com tinta, aplicado às estacas antes da cravação, compreendendo desde 3 m abaixo
da maré mínima até a plataforma;
– o revestimento aplicado na zona de variação das marés não é considerado no cálculo da corrente
de proteção catódica, ou seja, não tem a sua eficiência considerada.
9.8 CONCLUSÃO
As estruturas metálicas enterradas ou submersas estão sujeitas a ataque corrosivo severo
pelo solo e pela água, em especial a água do mar.
A proteção contra a corrosão dessas instalações é obtida, com economia e segurança,
mediante a aplicação de revestimentos protetores, criteriosamente especificados e aplicados,
complementados pela instalação dos sistemas de proteção catódica que, quando conveniemente
dimensionados, conferem proteção integral às estruturas ao longo dos anos, como se um
revestimento perfeito tivesse sido aplicado sobre o material metálico.
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CAPÍTULO 10
Sistemas de Drenagem de Corrente para Controle da Corrosão Eletrolítica em Tubulações
Enterradas
10.1 INTRODUÇÃO
Os problemas mais graves de corrosão que ocorrem com as tubulações enterradas são
causados pelas estradas de ferro eletrificadas, em corrente contínua, para a tração de trens
(incluindo o metrô) e de bondes.
As correntes de fuga provenientes dos trens, dos bondes, ou de qualquer outra fonte de força
eletromotriz que seja capaz de injetar corrente contínua no solo, podem ser captadas pelas
tubulações enterradas em uma região e descarregadas para o solo em outra, causando corrosão
eletrolítica severa nos tubos.
Foto 10.1 – Estrada de ferro eletrificada.
O presente capítulo mostra como esse problema pode ser solucionado, mediante a instalação
dos equipamentos de drenagem de corrente.
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10.2 A CORROSÃO ELETROLÍTICA
O fenômeno da corrosão eletrolítica nas tubulações enterradas, causado pelas correntes de
fuga das estradas de ferro eletrificadas em corrente contínua, se processa da seguinte maneira,
conforme mostrado na figura 10.1.
Figura 10.1 – Corrosão eletrolítica causada por estradas de ferro eletrificadas.
A corrente contínua utilizada no sistema de tração é enviada por cabos até determinado trem,
retornando à subestação pelos trilhos. Dependendo do traçado da tubulação em relação à estrada de
ferro, ela se constituirá num condutor ligado emparalelo aos trilhos por meio do solo. Uma parcela
da corrente de retorno abandona os trilhos, penetra na tubulação e flui pelo tubo até alcançar uma
região favorável, onde é descarregada para o solo, retornando à estrada de ferro.
No ponto onde a corrente abandona a tubulação e retorna aos trilhos, desenvolve-se um
processo corrosivo bastante severo, cuja intensidade é proporcional à corrente tubo/trilho.
Na região onde a tubulação recebe a corrente não há problema de corrosão. Pelo contrário, os
potenciais tubo/solo desenvolvidos são normalmente potenciais de proteção (mais negativos que –
0,8V). Entretanto, essa corrente, quando de grande intensidade, pode provocar o empolamento e o
descolamento do revestimento, diminuindo sua eficiência.
Em tubulações sujeitas a corrente de fuga, observa-se que os potenciais tubo/solo e
tubo/trilho variam constantemente, sendo freqüentes as inversões de polaridade.
Para o combate de seus efeitos, torna-se necessário ter em mente que a corrente retorna aos trilhos
vinda do tubo, em regiões em geral bem definidas, o que, na maioria das vezes, não ocorre quando
ela sai dos trilhos para atingir a tubulação. Além disso, sua intensidade é função não somente dos
potenciais tubo/trilho, como também da resistência total do circuito elétrico formado, que se
compõe das seguintes resistênciais parciais: resistência de entrada (trilho-solo-tubo), resistência de
condução do tubo e resistência de saída (tubo-solo-trilho).
O circuito elétrico percorrido pelas correntes de fuga pode ser desde o mais simples até o
mais complexo, dependendo basicamente do congestionamento das tubulações e das estradas de
ferro existentes na região, além da posição geográfica das subestações. São bastante freqüentes
casos de malhas envolvendo tubulações de diversas companhias e também várias estradas de ferro,
o que contribui para a maior complexidade do problema. É o caso típico das instalações urbanas.
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10.3 SISTEMAS DE DRENAGEM
Para o combate da corrosão eletrolítica, nesses casos, utilizam-se os chamados sistemas de
drenagem elétrica. A drenagem deve ser feita nos pontos em que a corrente abadona a tubulação e
retorna para os trilhos através do solo.
A drenagem elétrica pode ser feita de diversas formas:
• conexão elétrica tubo-trilho – este tipo de ligação é feito quando há caruamento dentre a
tubulação e os trilhos da estrada de ferro ou, pelo menos, uma aproximação razoável entre ambos;
• conexão elétrica para o solo – este tipo de ligação é feito quando se tem na tubulação um
trecho predominantemente anódico e não há aproximação com a ferrovia. A ligação é feita por meio
de um leito de aterramento de baixa resistência elétrica, de modo a criar um caminho preferencial
da corrente que sai do tubo para o solo com destino aos trilhos. Os leitos de aterramento usado neste
tipo de conexão podem ser constituídos com anodos (galvânicos ou inertes) ou com sucata de aço;
• conexão elétrica com uma segunda tubulação – este tipo de ligação é feito quando uma
determinada tubulação cruza com uma outra que cruze ou se aproxime de uma estrada de ferro
eletrificada. Com essa conexão, qualquer corrente captada pela primeira tubulação fluirá
imediatamente pela segunda, para retornar aos trilhos da estrada de ferro. A segunda tubulação,
nesse caso, pode ser ligada à estrada de ferro por meio de uma conexão tubo/trilho, como a descrita
acima. A ligação entre as duas tubulações pode ser feita, quando necessário, com o auxílio de um
diodo.
Em todos os casos citados, é importante que a conexão elétrica entre a tubulação e a ferrovia
possua resistência muito inferior à resistência de contato da tubulação com o solo, a fim de que essa
conexão seja realmente um caminho preferencial para o retorno das correntes de fuga para a estrada
de ferro.
A drenagem de corrente da tubulação para os trilhos da estrada de ferro pode ser feita das
maneiras a seguir.
10.3.1 Ligação Direta
Essa drenagem consiste na ligação direta, por meio meio de um cabo elétrico, entre a
tubulação e os trilhos, conforme mostrado esquematicamente na figura 10.2.
Figura 10.2 – Esquema elétrico de ligação de uma drenagem por meio de ligação direta.
Nas estradas de ferro com sistema de sinalização, o cabo elétrico de interligação não deve
ser soldado diretamente no trilho, tendo em vista que este procedimento pode, eventualmente,
interferir no sistema de sinalização da ferrovia. Nesses casos, a ligação aos trilhos é feita com o
auxílio de um indutor ou bond de impedância.
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A drenagem direta possui o inconveniente de permitir a passagem de corrente tanto no
sentido tubo/trilho (o que é desejável), quanto no sentido trilho/tubo (que precisa ser evitado), em
função das variações dos potenciais do tubo e do trilho. Por essa razão, esse tipo de ligação só pode
ser usado quando o tubo for permanentemente positivo em relação ao trilho, condição que
raramente acontece.
10.3.2 Ligação por Meio de um Equipamento de Drenagem
Para fazer com que as correntes de fuga sejam drenadas sempre no sentido do tubo para o
trilho, utiliza-se um equipamento de drenagem, que consiste basicamente de uma caixa onde existe
um diodo convenientemente ligado entre o tubo e os trilhos, de modo a bloquear as correntes no
sentido trilho/tubo, quando o potencial do trilho for positivo em relação ao potencial do tubo.
Os equipamentos de drenagem podem ser dos tipos a seguir.
a) Equipamentos de Drenagem Simples
Esse equipamento consiste apenas de um diodo instalado em paralelo com um pára-raios ou
supressor de transientes, conforme mostrado esquematicamente na figura 10.3.
Figura 10.3 – Esquema elétrico de ligação de um equipamento de drenagem simples.
b) Equipamento de Drenagem Simples com Medição de Corrente e Tensão
Esse equipamento possui, além do diodo e do pára-raios ou supressor de transientes, um
voltímetro CC (para medir a diferença de potencial tubo/trilho) e um amperímetro CC (para medir a
corrente drenada), conforme mostrado esquematicamente na figura 10.4.
Figura 10.4 – Esquema elétrico de ligação de um equipamento de drenagem simples com medição de corrente e tensão.
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Eventualmente podem ser instalados três voltímetros, sendo um para medir o potencial
tubo/solo, outro para medir o potencial trilho/solo e o terceiro para medir a diferença de potencial
tubo/trilho.
Além disso, o diodo pode ser protegido por meio de um dissipador de calor, circuito RC e
fusível.
c) Equipamento de Drenagem com Controle de Baixo Nível de Potencial
Esse equipamento é utilizado em situações onde a diferença de potencial tubo/trilho pode
ficar, em determinado momento, inferior à tensão de condução do diodo, ocasião em que a
drenagem de corrente fica bloqueada nos dois sentidos.
O equipamento possui, além dos dispositivos do equipamento de drenagem simples, uma
chave montada em paralelo com o diodo que é acionada por um sistema de controle alimentado por
energia elétrica externa. Quando a diferença de potencial tubo/trilho é inferior à tensão de condução
do diodo, a chave se mantém fechada, permitindo uma ligação direta. O esquema elétrico desse
equipamento pode ser visto na figura 6.4, do capítulo 6.
d) Equipamento de Drenagem com Controle da Intensidade de Corrente Drenada
Esse equipamento cosntitui-se da combinação de um dos equipamentos anteriores, ligado em
série com um conjunto de lâmpadas reguladoras, como, por exemplo, as de ferro-hidrogênio (figura
10.5).
Figura 10.5 – Esquema elétrico de ligação de um equipamento de drenagem com controle da intensidade de corrente.
As lâmpadas de ferro hidrogênio têm comopropriedade a variação de sua resistência interna
proporcionalmente à tensão aplciada em seus terminais.
Assim, introduzindo-se um conjunto de lâmpadas em série, em paralelo ou em série/paralelo no
circuito, a corrente drenada pode ser mantida constante, qualquer que seja a diferença de potencial
tubo/trilho.
e) Equipamento de Drenagem com Dispositivo de Proteção Temporizada
Os equipamentos de drenagem que necessitem de um circuito de alimentação elétrica, como
os equipamentos com controle de baixo nível de potencial, podem, ainda, ser equipados com um
dispositivo de proteção temporizada, para proteção elétrica do seu circuito (foto 10.2).
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Foto 10.2 – Equipamento de drenagem instalado no cruzamento de uma
 tubulação enterrada com uma estrada de ferro eletrificada.
10.4 COMPLEMENTAÇÃO COM SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA
Os equipamentos de drenagem instalados em uma tubulação enterrada são sempre
complementados com o auxílio de um sistema de proteção catódica, normalmente por corrente
impressa, mediante o uso de retificadores de corrente e leitos de anodos inertes.
10.5 CONCLUSÃO
Os sistemas de drenagem de corrente, complementados pelos sistemas de proteção catódica,
são fundamentais para o combate da corrosão eletrolítica em tubulações enterradas.
A experiência do engenheiro de proteção catódica é fundamental para o dimensionamento correto e
escolha do tipo de drenagem e do equipamento mais indicado para um bom projeto de proteção
catódica e de drenagem elétrica das correntes de fuga que afetam a tubulação.
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CAPÍTULO 11
Influência das Linhas de Transmissão Elétrica em Alta Tensão sobre as Tubulações
Enterradas
11.1 INTRODUÇÃO
As tubulações metálicas revestidas enterradas, como os oleodutos, gasodutos, adutoras e
minerodutos, quando cruzam ou seguem paralelas a uma ou mais linhas de transmissão elétrica em
alta tensão, podem ficar sujeitas a tensões elétricas perigosas, que precisam ser estudadas e evitadas.
O problema não é de corrosão, mas sim de segurança, uma vez que as tensões tubo/solo
resultantes podem atingir valores suficientemente altos para pôr em risco as pessoas e as instalações
enterradas.
O problema tende a se agravar com a construção, cada vez maior, de tubulações enterradas
extensas e com a expansão das linhas de transmissão elétrica em alta tensão. Em zonas urbanas, por
exemplo, é comum a construção de dutos enterrados na mesma faixa de servidão das linhas elétricas
de alta tensão.
11.2 ANÁLISE DO FENÔMENO
Uma corrente elétrica quando percorre um condutor cria um campo eletromagnético em sua
volta. A variação do fluxo desse campo eletromagnético induz, no circuito, uma força eletromotriz.
É o fenômeno da auto-indução.
Num circuito, sob a ação de um campo magnético criado por outro circuito, será induzida
uma força eletromotriz, por efeito da variação do fluxo do campo.
Uma tubulação metálica revestida externamente, instalada nas proximidades de uma linha de
transmissão de energia elétrica, pode ficar sujeita a forças eletromotrizes que poderã ocasionar
danos de natureza material ou pessoal.
Figura 11.1 – Indução de potencial em uma tubulação enterrada causada
por uma linha de transmissão elétrica em alta tensão.
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A corrente elétrica que circula em condições normais na linha de transmissão, não ocasiona
tensões induzidas importantes na tubulação. Quando, entretanto, ocorre um curto-circuito fase-terra
na linha, a tubulação construída próxima à torre, ou lançada paralelamente à linha de transmissão,
nas proximidades do defeito, pode ficar sujeita a duas tensões importantes, conforme mostrado na
figura 11.2:
a) tensão induzida, devido à alta corrente de defeito (Ia) que circula na fase em curto;
b) tensão no solo, devido à corrente que é descarregada pelo aterramento elétrico da torre (Ib), e
retorna à subestação elétrica da linha de transmissão.
Figura 11.2 – Esquema típico da circulação de correntes em caso de defeito em uma das fases.
A tensão resultante das duas tensões acima será aplicada sobre o revewstimento isolante da
tubulação enterrada, entre o metal do tubo e o solo, podendo ocorre uma das situações seguintes:
a) se a tensão resultante for inferior ao valor máximo da tensão suportável pelo revestimento
(rigidez dielétrica), nenhum dano será causado à camada isolante do tubo. Normalmente, o
revestimento, do tipo simples, com apenas uma camada, usado nas tubulações enterradas,
suporta, em média, 5.000 volts, sem sofrer danos;
b) se a tensão resultante for superior à rigidez dielétrica, o revestimento de romperá em vários
pontos, diminuindo sua eficiência e sobrecarregando o sistema de proteção catódica da
tubulação, que precisará ser regulado ou reforçado para atender às novas condições;
c) se a tensão resultante for muito elevada, poderá ocorrer a formação de um aco elétrico, cujos
efeitos térmicos poderão fundir e romper a parede do tubo, com vazamento de produtos, muitas
vezes inflamável e poluente;
d) em qualquer uma das situações acima, a tensão resultante é transferida a pontos distantes da
tubulação, que é metáica e eletricamente contínua. Dessa maneira, uma pessoa que esteja ao
mesmo tempo em contato com o metal da tubulação e o solo, nos trechos aéreos ou operando
uma válvula, pode levar choques, muitas vezes fatais.
A única maneira segura de evitar o problema seria não construir tubulações metálicas
enterradas nas proximidades das linhas de transmissão elétrica em alta tensão. Essa solução,
entretanto, é inviável, devido à necessidade cada vez maior de se construir novas linhas de
transmissão e novos dutos enterrados, sendo inevitável os cruzamentos e paralelismos entre ambos.
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Estudos da Eletricité de France, publicados em 1967, definem a distância mínima que deve
existir entre a tubulação enterrada e a linha elétrica, para que os problemas de tensões elevadas na
tubulação não ocoram. Essa distância, em metros, deve ser superior a dez vezes a raiz quadrada da
resistividade elétrica do solo no local )10d( ρ> , expressa em ohm.cm.
Para os valores de resistividade elétrica do solo normalmente encontrados na prática,
superiores a 10.000 ohm.cm, a aplicação da fórmula nos conduz a distãncias de quilômetros,
mostrando que a tubulação e a linha elétrica precisam estar muito afastadas entre si para que o
fenômeno não ocorra.
Torna-se necessário, dessa maneira, sempre que a tubulação cruzar com a linha de transmissão
elétrica, ou sempre que a distância entre as duas for inferior à distância mínima de segurança,
calcular as tensões resultantes na tubulação enterrada e compará-las com os valores abaixo, também
definidos nos estudos da Eletricité de France, para o caso de tubos revestimentos com revestimento
convencional à base de coal-tar:
– tensão inferior a 5 kV – não ocorre nenhum dano ao revestimento e ao material metálico do
tubo, no fim de um segundo;
– tensão entre 5 kV e 10 kV – o revestimento do tubo é danificado, no fim de um segundo;
– tensão superior a 15 kV – o revestimento é danificado e a parte metálica do tubo é perfurada,
em menos de um segundo.
Convém lembrar que qualquer uma dessas tensões é muito perigosa paa uma pessoa que
esteja apoiada no solo e em contato com a tubulação, mesmo em uma região distante do defeito.
Com relação à tensão nominal da linha de transmissão, testes práticos demonstram que,
somente nos cruzamentos com linhas com tensão inferior a 138 kV, as tensões induzidas na
tubulação são consideradas como insignificantes, não apresentandoproblemas. Mesmo assim,
recomenda-se que os cruzamentos sejam sempre feitos no meio do vão entre duas torres e o mais
perpendicularmente possível, procedimento que contribui para minimizar os efeitos do campo
eletromagnético.
Por outro lado, no caso de longos paralelismo (condição mais desfavorável) de uma
tubulação com uma linha de transmissão de tensão nominal igual ou superior a 69 kV, os problemas
podem ocorrer e as tensões resultantes precisam ser verificadas.
11.3 MÉTODOS DE CÁLCULO DAS TENSÕES TUBO/SOLO
Os métodos de cálculos mais precisos não são simples, exigem cuidados na definição dos
parâmetros mais importantes e estão sendo constantemente aperfeiçoados.
Um dos primeiros métodos foi desenvolvido em 1967 pela Eletricité de France, constando
de cálculos relativamente simples, que fornecem pouca precisão. Esse método só deve ser usado em
estudos preliminares, para se ter uma idéia aproximada das tensões a serem esperadas.
Os métodos mais precisos são bem mais complexos e exigem o uso, pelo menos, de um
microcomputador, sendo que, à medida que os problemas aparecem, os técnicos desenvolvem
programas de cálculos cada vez mais eficientes, levando em consideração, sempre, o maior número
de variáveis.
Um dos métodos de cálculo que temos usado com freqüência em estudos para nossos
clientes consiste, basicamente, do procedimento seguinte:
– a linha de transmissão e a tubulação são plotadas graficamente em um mesmo sistema de
coordenadas geográficas;
– os trechos de cruzamento entre a linha de transmissão e a tubulação são transformados em
trechos de paralelismo, pelo processo das aproximações geométricas;
– são calculadas as impedâncias próprias e mútuas da linha de transmissão e da tubulação;
– o circuito elétrico simulado é analisado e resolvido;
– os valores das tensões induzidas, em pontos previamente escolhidos, são então calculado.
As informações necessárias para que esse método possa ser aplicado são as seguintes:
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– diâmetro e profundidade da tubulação;
– comprimento do trecho de paralelismo e locação dos pontos de cruzamento, mediante análise
das plantas de traçado da linha elétrica e da tubulação;
– características do revestimento dos tubos, mediante análise de sua especificação;
– resistividades elétricas do solo medidas na região, sendo que, quanto mais detalhado for o
levantamento de campo para essa finalidade, mais preciso será o valor médio a ser considerado;
– informações sobre as características da linha de transmissão, sendo as mais importantes:
configuração e locação das torres; características dos condutores elétricos de fase e cabo pára-
raios; resistência de aterramento elétrico real dos pés das torres; esquema de instalação dos
cabos contra-peso de aterramento; tensão nominal da linha e correntes de curto-circuito
previstas.
No item 11.5 apresentamos os resultados obtidos no estudo de um exemplo prático de interferência.
11.4 SOLUÇÕES PRÁTICAS PARA CONTORNAR O PROBLEMA
Quando as tensões calculadas são iguais ou superiores à tensão máxima suportada pelo
revestimento da tubulação, todos ou alguns dos procedimentos abaixo devem ser adotados, para que
a tubulação possa operar com segurança e as pessoas em contato com os tubos não sofram risco de
vida:
• modificação, quando possível, do traçado da tubulação ou da linha de transmissão. Essa solução,
entretanto, na maioria das vezes, não pode ser adotada;
• como a fonte geradora das tensões tubo/solo é a linha de transmissão elétrica, as medidas mais
eficazes consistem em modificar suas características de construção. Algumas modificações,
contudo, são muito difíceis de serem introduzidas, como pode ser observado abaixo, mediante
análise das mudanças mais recomendadas:
a) aumentar as resistências de aterramento dos pés das torres adjacentes ao cruzamento ou ao
paralelismo com a tubulação. O aumento da resistência de aterramento pode ser conseguido
modificando-se a configuração e as dimensões dos cabos de aterramento ou, simplesmente,
cortando-se os cabos e abandonando-os no solo. Esse procedimento, entretanto, só pode ser
executado mediante consulta e autorização da companhia proprietária da linha de transmissão. A
finalidade desse procedimento consiste em promover o chamado “efeito de blindagem”. Esse
procedimento possui a grande vantagem de ser barato e fácil de executar.
Ao aumentarmos a resistência de aterramento torre/solo, dificultamos o retorno da parcela da
corrente de defeito que retorna à subestação pelo solo (corrente Ib, da figura 11.2). Dessa
maneira, a maior parte da corrente de defeito retorna pelo cabo pára-raios (corrente Ic, da figura
11.2). O efeito de blindagem consiste em que, sendo a corrente de retorno pelo cabo pára-raios
(Ic) de sentido contrário à corrente de defeito (Ia), somente a componente resultante das duas
correntes atua sobre a tubulação, causando uma tensão induzida menor, conforme pode ser
observado pela análise da figura 11.2;
b) outra maneira de aumentar o efeito de blindagem, consiste em diminuir a resistência elétrica do
cabo pára-raios, mediante a substituição por outro de diâmetro maior ou de material com
resistência elétrica menor que o aço, como o cobre. Essa solução é mais difícil de ser executada
que a primeira, pois possui custo mais alto e implica em paralisação temporária da linha de
transmissão elétrica. As duas medidas, quando feitas em conjunto, contribuem bastante para
melhorar o efeito de blindagem e diminuir as tensões tubo/solo desenvolvidas;
c) as modificações no projeto da tubulação que podem contribuir para diminuir o efeito da tensão
resultante são as seguintes:
– melhorar a qualidade do revestimento do tubo, mediante aumento da sua espessura, fazendo
com que ele suporte tensões mais elevadas sem sofrer danos;
– aterrar eletricamente a tubulação, mediante a instalação de um cabo elétrico de cobre nu,
enterrado paralelamente aos tubos, com várias ligações elétricas feitas com o auxílio de soldas
Cadweld. Essa solução possui o grande inconveniente de sobrecarregar o sistema de proteção
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catódica da tubulação, uma vez que o cabo de aterramento rouba grande parcela da corrente
destinada à proteção catódica dos tubos. Outro inconveniente dessa solução é a possibilidade de
roubo desse cabo elétrico, aliada ao seu custo;
– outra maneira de baixar a resistência de aterramento da tubulação consiste em eliminar
totalmente o seu revestimento externo, no trecho influenciado pela linha de transmissão, solução
que também sobrecarrega o sistema de proteção catódica, e só deve ser adotada em condições
extremas, assim como a solução anterior.
d) Para contornar os efeitos perigosos do elevado potencial transferido ao longo da tubulação, com
problemas para as pessoas que estejam em contato simultâneo com o tubo e a terra no momento
do defeito, são adotados os seguintes procedimentos, independentes dos cuidados com a tensão
tubo/solo desenvolvida:
– dificultar o acesso de pessoas estranhas aos trechos aéreos da tubulação, mediante a instalação
de cercas e avisos nesses locais;
– instalar plataformas, isoladas do solo, junto às válvulas de manobra manual, com o objetivo de
manter o operador no mesmo potencial do tubo ao acionar a válvula. As plataformas podem ser
construídas com um isolado elétrico em cada um dos seus pés, conforme mostrado na foto
abaixo.
Foto 11.1 – Plataforma isolada do solo para manobra manual de válvula.
11.5 EXEMPLO PRÁTICO
O exemplo de cálculo abaixo refere-se a um gasoduto sujeito às seguintes situações de
cruzamento e/ou paralelismo com linhas de transmissão em alta tensão:
– três cruzamentos não ortogonais, com linhas de transmissão de 230 kV;
– um cruzamento não ortogonal, com linhasde transmissão de 500 kV;
– um cruzamento não ortogonal, com paralelismo de 400 m, com linha de transmissão de 230 kV
– um cruzamento não ortogonal, com paralelismo de 1.660 m, com linha de transmissão de 230
kV.
A partir dos dados do gasoduto, das linhas de transmissão e das respectivas subestações
terminais, utilizando-se o método computacional enunciado no item 11.3, foi analisado cada um dos
seis cruzamentos e/ou paralelismos existentes, concluindo-se que, dentre esses, cinco pontos
apresentavam riscos à segurança de pessoas e da tubulação.
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Apresentamos, a seguir, os dados, conclusões e recomendações obtidas na análise de dois
cruzamentos, sendo que um deles não apresentou risco.
11.5.1 Dados do Gasoduto
As características principais do gasoduto são comuns a todos os casos, conforme se segue:
– diâmetro externo: 12,75”;
– tipo de revestimento: sintético (polietileno extrudado simples);
– espessura média do revestimento: 3,0 mm;
– profundidade média da tubulação: 1,0 m;
– resistência de aterramento admitida para as estações terminais do gasoduto: 5,0 ohms;
– tensão máxima suportável pelo revestimento: 5 kV.
11.5.2 Primeiro Cruzamento
Dados da Linha de Transmissão
– Tensão: 500 kV.
– Cabo condutor: quatro por fase, espaçamento 0,457 mm.
– Circuito 1 – ACSR 477 MCM 26/7.
– Circuito 2 – ACSR 636 MCM 26/7.
– Cabos pára-raios: circuito 1 – ALUMOWELD 3, número 7 AWG. Circuito 2 – aço 3/8” EHS 7
fios.
– Cabo contrapeso: COPPERWELD 4 AWG. Enterrado a uma profundidade de 0,5 m.
Resistência de aterramento, calculada para a configuração dada, de 3,4 ohms.
– Resistividade média do solo: 360 ohm.m. Medida ao longo dos traçados do gasoduto e da linha
de transmissão, no trecho considerado para o estudo.
– Vão básico: circuito 1 – 305 m; circuito 2 – 480 m.
– Flecha do condutor: circuito 1 – 5,0 m; cicuito 2 – 18,0 m.
– Flecha do pára-raio: cicuito 1 – 3,4 m; cicuito 2 – 13,8 m.
– Configuração da torre: dois cicuitos simples horizontais.
– Distância entre os circuitos: 45,0 m (eixo a eixo).
– Altura da torre: cicuito 1 – 25,6 m (até cabo pára-raios); cicuito 2 – 19,9 m (até cabo pára-raio).
– Espaçamento entre fases: circuito 1 – 10,0 m; circuito 2 – 10,8 m.
– Altura dos condutores: circuito 1 – 15,7 m; circuito 2 – 13,5 m.
Dados das Subestações Terminais
– Subestação I: resistência de aterramento de 0,6 ohm.
– Subestação II: resistência de aterramento de 1,0 ohm.
Dados da Corrente de Curto-Circuito
– Corrente de curto monofásico total na torre mais próxima ao cruzamento: 30,5 kA (circuito 1).
– Contribuição de curto-circuito da SE I: 27,6 kA.
– Contribuição de curto-circuito da SE II: 2,9 kA.
– Corrente que circula no circuito paralelo: 2,8 kA (circuito 2).
Tensão Calculada no Isolamento do Gasoduto
A partir das informações dos itens 11.5.1 e 11.5.2 foi obtido, no ponto de cruzamento, o
valor de tensão de 9,2 kV, superior ao máximo admissível (5 kV).
Afastando-se do ponto de cruzamento, a tensão cai, sendo da odem de 1,0 kV a 2,5 km de distância.
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Solução Recomendada
Como já vimos, a solução mais viável do ponto de vista econômica é a alteração da
configuração do aterramento do pé da torre (cabo contrapeso), visando o aumento de sua
resistência.
Utilizando-se esse raciocínio, simulou-se diversas situações que resultaram nos seguintes
valores:
• resistência de aterramento mínima recomendada: 5,6 ohms;
• número de torres atingidas:
– circuito 1 – duas;
– circuito 2 – duas.
• Configuração recomendada para os cabos-contrapeso das torres:
– Circuito 1 – dois condutores de 77,5 m de comprimento, espaçados de 35,0 m.
– Circuito 2 – mesma configuração do circuito 1.
Para a solução proposta, o nível máximo de tensão obtido no ponto de cruzamento foi
reduzido paa 4,6 kV, inferior ao valor máximo recomendado para o revestimento do gasoduto (5
kV).
Além dessa recomendação, que visa à segurança do gasoduto, foi solicitado, para segurança do
pessoal de operação, o isolamento elétrico dos pés das plataformas de operação das válvulas do
gasoduto, na região de interferências das linhas de transmissão.
11.5.3 Segundo Cruzamento
Dados da Linha de Transmissão
– Tensão: 230 kV.
– Cabo condutor: um por fase. ACSR 636 MCM 26/7.
– Cabos pára-raios: aço 3/8” EHS 7 fios.
– Cabo contra-peso: COPPERWELD 4 AWG. Enterrado a uma profundidade de 0,5 m.
Resistência de aterramento calculada para a configuração dada de 2,4 ohms.
– Resistividade média do solo: 300 ohm.m medida ao longo dos traçados do gasoduto e da linha
de transmissão no trecho considerado para o estudo.
– Vão básico: 420 m.
– Flecha do condutor: 11,0 m.
– Flecha do pára-raio: 6,4 m.
– Configuração da torre: triplo/vertical.
– Distância entre os circuitos: 45,0 m (eixo a eixo).
– Altura da torre: 35,5 metros (até cabo pára-raio).
– Espaçamento entre fases: 6,7 m.
– Altura dos condutores próximos do solo: 14,7 m.
Dados das Subestações Terminais
– Subestação I: resistência de aterramento de 0,6 ohm.
– Subestação II: resistência de aterramento de 1,0 ohm.
Dados de Corrente de Curto-Circuito
– Corrente de curto monofásico total na torre mais próxima ao cruzamento: 11,1 kA.
– Contribuição de curto-circuito da SE I: 8,6 kA;
– Contribuição de curto-circuito da SE II: 2,5 kA.
– Corrente que circula no circuito paralelo: 0,3 kA.
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Tensão Calculada no Isolamento do Gasoduto
A partir das informações acima foi obtido, no ponto de cruzamento, o valor de tensão de
3,65 kV, inferior ao máximo admissível (5 kV).
Afastando-se do ponto de cruzamento, a tensão cai, sendo da odem de 0,15 kV a 3,0 km de
distância.
Essa situação não requer qualquer pocedimento de mitigação para a segurança do gasoduto,
visto que o nível de tensão calculado é inferior ao máximo recomendado. Apesar disso, é
necessário, para segurança do pessoal de operação, o isolamento elétrico dos pés das plataformas de
operação das válvulas do gasoduto, na região de influência da linha de transmissão.
11.6 CONCLUSÃO
O problema da influência das linhas de transmissão elétrica em alta tensão, sobre as
tubulações metálicas revestidas enterradas, possui conseqüências importantes que podem prejudicar
tanto as tubulações quanto as pessoas em contato simultâneo com a tubulação e o solo.
Recomenda-se que em situações de cruzamentos e paalelismos, as tensões tubo/solo que podem ser
desenvolvidas sejam criteriosamente calculadas.
Na hipótese de valores perigosos, cuidados precisam se tomados para minimizar ou eliminar os
riscos de danos aos tubos, ao seu revestimento e às pessoas que tenham acesso à tubulação nos seus
trechos aflorados.
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CAPÍTULO 12
Sistemas de Aterramento Elétrico com Anodos de Zinco
12.1 INTRODUÇÃO
Os anodos de zinco podem ser utilizados, com vantagem, para o aterramento elétrico de
subestações elétricas, torres de linhas de transmissão, tanques de armazenamento de petróleo e
derivados e em todas as aplicações que envolvam o escoamento para o solo de descargas elétricas.
Embora os eletrodos de cobre, ou de aço com deposição de cobre, sejam largamento
utilizados para tais aplicações, deve-se sempre ter em mente os prejuízos que essa solução
normalmente acarreta, devido à diferença natural de potencial entre o aço e o cobre, ocasionando a
corrosão do aço em benefício do cobre.
Os problemas de corrosão aumentam extremamente quando a instalação metálica a ser
aterrada encontra-se em contato com solos de baixa resistividade elétrica ou, ainda, onde a aeração
e outras condições no soloreduzam a polarização do cobre.
As hastes (ou anodos) de zinco, além de servirem como aterramento elétrico, eliminam as
indesejáveis pilhas de corrosão cobre/aço e, em adição, fornecem alguma proteção catódica para o
aço enterrado, devido à posição que o zinco ocupa na série galvânica prática (o potencial do zinco é
mais negativo, em relação ao solo, que o potencial do aço). No caso da aplicação de um sistema de
proteção catódica por corrente impressa para a proteção de instalações enterradas de aço, os anodos
de zinco devem ser instalados para aterramento elétrico. Se uma quantidade suficiente de anodos for
utilizada é possível, inclusive, conseguir-se proteção catódica total da instalação.
Os anodos de zinco são gradualmente consumidos ao longo do tempo devido à corrente de
natureza galvânica por eles liberada (as descargas de corrente alternada não afetam os anodos),
havendo necessidade de serem dimensionados para que tenham vida suficientemente longa.
Conhecendo-se a resistividade elétrica do solo, podemos definir com segurança as dimensões e
quantidade de anodos a serem utilizadas para que a vida do sistema de aterramento elétrico seja
suficientemente longa.
Em alguns casos, paticularmente com solos de resistividade elétrica moderada ou alta, os
anodos de zinco podem ser usados com economia e vantagem, para duação de 40 anos ou mais,
desde que o tempo previsto para a vida útil da planta industrial justifique tal dimensionamento.
Os anodos de zinco, usados como eletrodos de aterramento, são dimensionados com cabos elétricos
com capacidade suficiente para drenar os valores de corrente que poderão eventualmente ser
descarregados para o solo, quando o aterramento elétrico for solicitado. A bitola mínima do cabo
elétrico do anodo deve ser de 10 mm2.
12.2 INSTALAÇÃO
Para a instalação dos anodos de zinco são adotados, basicamente, os mesmos procedimentos
de montagem dos de cobre, com a diferença que, para o zinco, os anodos são colocados em furos
cilíndricos no solo (feitos por meio de trados) e envoltos com um enchimento condutor apropriado.
Os anodos já são fornecidos pelo fabricante com cabo elétrico para a ligação à estrutura,
sendo que essa ligação pode ser feita com solda do tipo Cadweld ou por meio de conectores
apropriados.
O enchimento condutor (50% de bentonita e 50% de gesso hidratado) utilizado, envolvendo
o anodo, tem baixa resistividade elétrica da ordem de 250 a 300 ohm.cm) e possui duas funções
principais:
– possibilita a obtenção de uma resistência de aterramento baixa;
– contribui para que o zinco seja consumido uniformemente, ao longo dos anos, liberando
continuamente a corrente galvânica para a proteção catódica da estrutura metálica enterrada.
Para melhorar ainda mais a proteção e o aterramento elétrico da instalação metálica
enterrada, o anodo de zinco, com seu enchimento condutor, deve, sempre que possível, ser instalado
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em solo permanentemente úmido. Em alguns áreas torna-se necessário instalar o anodo de zinco de
modo que seu topo fique enterrado a uma profundidade maior que 800 mm.
Embora a instalação do anodo na posição vertical seja preferida, ele pode também ser
instalado na posição horizontal, solução utilizada quando as condições do solo no local assim
determinam (como no caso da ocorrência de pedras), ou quando a resistividade elétrica do solo é
mais baixa nas camadas superiores.
A tabela abaixo mostra as quantidade de corrente que podem ser drenadas pelo cabo de 10
mm2, de acordo com o tempo de descarga, de modo a proporcionar a elevação da temperatura do
cobre em até 700 ºC.
TABELA 12.11.03
Descargas Elétricas Possíveis de serem Drenadas por um Anodo com o Cabo de Cobre de 10
mm2
Duração da Corrente em ampéres drenada por um anodo com
Descarga cabo de cobre de 10 mm2, de modo a elevar a
em segundos temperatura do cobre até 700 ºC
3 2.500 O projeto do sistema de aterramento deve limitar
1 4.500 abaixo desses valores a corrente possível de ser drenada
por cada anodo. Se necessário, poderão ser usadas
bitolas superiores a 10 mm2.
0,1 14.000 As correntes de descarga raramente, ou nunca,
0,01 45.000 atingirão esses valores.
Quando um anodo de zinco é instalado, o enchimento condutor deve estar seco e bem
compactado, com o objetivo de evitar que fiquem espaços vazios em torno do anodo. Após
instalado, o enchimento condutor absorve a umidade do solo e completa todos os espaços vazios
que porventura tenham ficado entre o anodo e as paredes do furo no solo. Se o enchimento condutor
for umedecido antes da instalação no buraco, os resultados iniciais serão muitos bons, mas, com o
passar do tempo, existe a possibilidade de ocorrer uma contração da coluna de enchimento, o que
resultará na diminuição da sua performance.
12.3 COMPARAÇÃO ENTRE OS ANODOS DE ZINCO E AS HASTES DE
ATERRAMENTO CONVENCIONAIS
Uma vantagem importante dos anodos de zinco é que, exceto em solos com resistividade
elétrica muito baixa, a resistência de aterramento de um anodo com 1,5 m de comprimento
(instalado em enchimento condutor) é menor que a resistência de aterramento de uma haste
comvencional com 3,0 m de comprimento.
Para permitir melhor comparação, podemos citar que um anodo de zinco de seção reta
quadrada com 3,5 cm de lado e comprimento de 1,5 m, instalado com enchimento condutor de 300
ohm.cm (gesso + bentonita), proporciona menor resistência de aterramento que uma haste
convencional com 5/8” de diâmetro e 2,5 m de comprimento instalada em um solo com
resistividade elétrica em torno de 500 ohm.cm. O mesmo anodo de zinco fornece melhores
resultados que uma haste com 5/8” de diâmetro e 3,0 m de comprimento quando instalada em solo
de aproximadamente 1.200 ohm.cm. É bem possível que a grande maioria das hastes de aterramento
seja instalada em solos com alta resistividade elétrica, sendo que, nesses casos, os anodos de zinco
são muito mais vantajosos, uma vez que as resistências de aterramento obtidas com as hastes
comuns aumentam extremamente com o aumento da resistividade elétrica do solo, o que não
acontece, na mesma proporção, com os anodos de zinco. As experiências demonstram que
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normalmente não é necessário dimensionar anodos de zinco com mais de 1,5 m de comprimento
(existem anodos no mercado padronizados nesse comprimento).
A tabela 12.2 ilustra a vantagem de se usr anodos de zinco com 1,5 m de comprimento e
enchimento condutor, mediante comparação com as hastes convencionais que deveriam ser
utilizadas para a obtenção da mesma resistência de aterramento.
TABELA 12.2
Comprimentos que Devem Possuir Hastes Convencionais de 5/8” para a Mesma Resistência de
Aterramento de um Anodo de 3,5 cm x 3,5 cm x 1,5 cm Instalado em Enchimento Condutor
Em solo Em solo Em solo Em solo Em solo
de 1.000 de 2.000 de 3.500 de 5.000 de 10.000
ohm.cm ohm.cm ohm.cm ohm.cm ohm.cm
3,0 m 3,2 m 3,5 m 3,6 m 3,6 m
12.4 VIDA DOS ANODOS
A vida do anodo depende da corrente de natureza galvânica por ele liberada, da
sua capacidade de corrente e do seu fator de utilização. A corrente liberada pelo anodo depende da
resistência do circuito e da diferença de potencial entre o anodo e a estrutura a que ele se encontra
ligado, sendo que essas variáveis são função das características do próprio material do anodo (zinco
ou magnésio) e do eletrólito (solo ou água) onde o mesmo é instalado. Os anodos de zinco, quando
convenientemente instalalados em enchimento condutor apropriado, possuem uma eficiência de
operação em torno de 90%, o que significa que, durante o seu período de vida, 90% do zinco é
consumido para liberar corrente para a estrutura, enquanto 10% é consumido pela corrosão própria
do zinco. Um anodo de zinco pode ser usado continuamenteo coma finalidade de aterramento, até
que o zinco seja consumido em 85%, valor que define o seu coeficiente de utilização.
Para o cálculo da vida dos anodos galvânicos podemos utilizar a expressão abaixo:
I760.8
85,0CM
V
×
××
=
onde:
V = vida dos anodos em anos;
M = massa total dos anodos utilizados em kg;
C = capacidade de corrente do anodo em A.h/kg. Para o zinco, C =
740 Ah/kh;
I = corrente liberada pelos anodos, em ampéres.
Como exemplo, se um anodo de zinco de aproximadamente 15 kg é instalado em solo com
2.000 ohm.cm de resistividade elétrica e ligado a uma estrutura de aço, a corrente liberada pelo
anodo e sua vida serão, aproximadamente, 65 mA e 15 anos.
Para aumentarmos a vida do sistema de aterramento elétrico, torna-se necessário apenas que
aumentemos o peso ou a quantidade de anos a serem instalados.
12.5 CONCLUSÃO
Por meio do cálculo da resistência de aterramento anodo/solo, conforme indicado no
capítulo 5 e mediante a verificação da vida esperada para os anodos, o sistema de aterramento
elétrico pode ser dimensionadl com segurança, sendo que, mediante a utilização de material
apropriado (zinco), os problemas de corrosão da estrutura aterrada, causados pelos componentes de
cobre do sistema de aterramento convencional, podem ser completamente eliminados.
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CAPÍTULO 13
Aterramento Elétrico de Tanques Metálicos de Armazenamento
13.1 INTRODUÇÃO
Um dos problemas com que se defronta o projetista de proteção catódica para a definição de
um projeto com a finalidade de proteger contra a corrosão as faces externas, em contato com o solo,
dos fundos dos tanques de aço para armazenamento de água, petróleo, derivados de petróleo e
outros produtos, consiste no fato desses tanques serem normalmente construídos com aterramento
elétrico composto de hastes e cabos de cobre nu.
Os problemas resultantes sde tal procedimento, além da elevação substancial do custo de
construção dos tanques, são basicamente os seguintes:
– aceleração do processo corrosivo das chapas dos fundos dos tanques, devido ao par galvânico
formado, aço/cobre;
– desvio de grande parte da corrente de proteção catódica para o sistema de aterramento, uma vez
que as hastes e cabos de cobre constituem-se de áreas nuas significativas, com baixa resistência
para a terra;
– dificuldade de fornecer ao cobre o mesmo potencial do aço com proteção catódica, devido às
suas características de polarização catódica;
– aumento do custo da proteção catódica, devido ao super dimensionamento que se torna
necessário para os retificadores e anodos.
Para o perfeito acompanhamento do raciocínio e explanação aqui apresentados, o leitor mais
interessado no assunto deve consultar também o capítulo 15 da presente publicação, intitulado
Proteção catódica de tanques de armazenamento de petróleo e derivados.
13.2 MÉTODOS DE ATERRAMENTO ELÉTRICO
Como se sabe, o aterramento elétrico dos tanques em uma instalação industrial é feito,
normalmente, mediante a construção de uma malha de aterramento com hastes do tipo copperweld e
cabos de cobre nu, sendo as dimensões, locações, distribuição e quantidades de hastes e cabos,
função da resistência de aterramento desejada e, em conseqüência, função das resistividades
elétricas do solo, no local.
Os tanques têm sido eletricamente aterrados, com as seguintes preocupações por parte dos
projetistas, construtores ou usuários:
– oferecer um caminho de baixa resistência para as descargas atmosféricas que atinjam
diretamente o tanque ou nele induzam cargas estáticas;
– possibilitar a descarga para a terra de cargas estáticas formadas no interior do tanque pelo atrito
de moléculas do seu conteúdo, durante as operações de enchimento ou de agitação.
Em 1969, a já extinta Seção de Sistemas Elétricas do Setor de Utilidades da Divisão de
Engenharia do Departamento Industrial da Petrobras, publicou um trabalho que, mediante a análise
de literatura proveniente de diversas entidades técnicas de renome internacional, conclui pela
inutilidade de aterrar eletricamente os tanques metálicos, mesmo os destinados ao armazenamento
de produtos inflamáveis.
Os trechos mais importantes das fontes consultadas naquela oportunidade são bastante
conclusivos e aparecem transcritos, em seguida, a título de ilustraç;ao.
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13.2.1 American Petroleum Institute
API-RP-540 – Recommended Practice for Electrical Installation in Petroleum Refineries.
Comentários:
As observações contidas nessa publicação dizem respeito ao aterramento de estruturas
metálicas, inclusive tanques, com vistas à proteção de suas fundações e, quando de altura elevada,
com vistas à proteção de equipamentos localizados dentrod o seu cone de proteção. A norma não
faz nenhuma referência quanto à proteção do tanque em si, ou do seu conteúdo, contra eletricidade
estática ou raio, mediante a construção de malha de aterramento elétrico.
API-RP-2003 – Protection Against Ignition Arising Out of Static, Lightning and Stray Currents.
Comentários:
No capítulo II dessa publicação, onde são tratados os aspectos relativos à eletricidade
estática, são sugeridas diversas medidas contra a sua formação no interior do tanque, sendo que
nenhuma delas inclui o aterramento do costado ou da base do tanque.
No capítulo III, relativo a raios, afirma-se categoriamente que o aterramento não aumenta nem
diminui a possibilidade de o tanque ser atingido por raio, além de não diminuir a possibilidade de
ignição do conteúdo do tanque.
13.2.2 National Bureau of Stantard Handbook
Code for Protection Against Lightning
Comentários:
Em sua edição de 1952, a publicação informa que não há registro de perfuração por raio em
tanques com tetos de espessura igual ou maior que 3/15”.
13.2.3 National Fire Protection Association
Fire Protection Handbook
Comentários:
Na seção 17, do capítulo VII, da 12ª edição daquela publicação, está claramente indicado
que um tanque com fundação de concreto (fundação indireta) ou diretamente apoiado sobre o solo
(fundação direta) é considerado eletricamente aterrado. Para melhor caracterizar o poblema, é dado
um exemplo de tanque não aterrado: trata-se de um tanque montado sobre u caminhão com os pneus
secos (isentos de umidade). É ainda mencionado que, para uma resistência entre o costado e a terra
inferior a 106 ohms, o costado do tanque permanece ao potencial de terra, ainda que hajam cargas
estáticas na superfície do líquido. O Manual também reconhece que a instalação de um sistema de
aterramento é uma media ineficaz para remover cargas estáticas.
No capítulo IX da mesma edição, que trata de raios, o Manual informa que quando há
interesse de proteger um tanque contra a ação de raios, devem ser empregados mastros ou fios
aéreos que mantenham o tanque a proteger dentro do seu cone de operação. Os tanques que
poderiam inspirar tais cuidados são somente aqueles com conteúdo inflamável, com ponto de fulgor
abaixo de 37,8 ºC e sem dispositivo de proteção contra chamas nos respiros.
Ainda no mesmo capítulo XI, o Manual cita que tanques metálicos em contato direto com a
terra, ou tanques elevados mas ligados a sistemas de tubulações, são considerados perfeitamente
aterrados. A publicação informa, ainda, baseaeando-se na experiência, que os tanques de tetos
flutuantes, sem espaços com vapor, dispensam medidas de proteção e que os reservatórios de GLP
também são considerados seguros, sob o ponto de vista da ação de raios.
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13.2.4 American Oil Company
Hazards of Electricity – Booklet Nº
Comentários:
No capítulo referente à Eletricidade Estática, 2ª edição – 1962, não é feita nenhuma
referênciaao aterramento dos tanques. A publicação cita como exemplo de tanque isolado o mesmo
exemplo a que se refere o Fire Protection Handbook, na NFPA, ou seja, um tanque montado sobre
um caminhão com os pneus secos.
No capítulo sobre raios, a publicação diz com clareza que qualquer tanque de aço montado
sobre a terra ou mesmo sobre base de concreto, possui resistência para a terra tão baixa que
dispensa aterramento elétrico artificial, mesmo com a tubulação desconectada do tanque.
13.2.5 Esso
Esso Engineering Standard B-14-86
Comentários
Essa publicação considera desnecessário o aterramento de tanques com fundação direta
sobre terra ou areia.
13.2.6 Standard Handbook for Electrical Engineers
Seção 17-642
Na seção 17-642, da 9ª edição dessa publicação, a umidade relativa do ambiente é
mencionada como fator de limitação na ocorrência de cargas estáticas, sendo que em regiões com
umidade relativa acima de 65%, o acúmulo de cargas estáticas é praticamente impossível de
ocorrer.
13.3 ESTIMATIVA DAS RESISTÊNCIAS TANQUE/TERRA NA REPLAN
No mesmo trabalho referido anteriormente, publicado pela Petrobras em 1969, os autores
apresentam uma tabela com as estimativas, em função das características de construção dos tanques
e do tipo de solo da região, das resistências de aterramento tanque/solo, para todos os tanques da
Refinaria do Planalto, atualmente em operação na localidade de Paulínea, em São Paulo. Nos
cálculos foram considerados valores conservativos para as resistividades elétricas do solo e
condições de isolamento do revestimento (uma camada de asfalto) das faces externas das chapas
dos fundos dos tanques. Os resultados obtidos mostram que, em todos os casos, as resistências de
aterramento estavam bastante abaixo do valor máximo de 106 ohm citado no Fire Protection
Handbook, da NFPA.
Por outro lado, as medições que temos realizado em vários parques de tanques, mesmo os
construídos em locais de alta resistividade elétrica, têm apresentado valores também abaixo daquele
limite, o que atesta a correção dos cálculos acima referidos.
13.4 CONCLUSÕES
Pela análise das fontes consultadas e tendo em vista a experiência acumulada ao longo dos
anos com o projeto, a montagem e a operação de vários sistemas de proteção catódica para as bases
de tanques de armazenamento de diversos parques de tanques em todo o Brasil, apresentamos, em
seguida, nossas conclusões a respeito do assunto:
• o aterramento elétrico dos tanques, com o auxílio de hastes e cabos elétricos de cobre nu, é um
procedimento desnecessário para eliminar a ação de raios e eletricidade estática naquelas
construções;
SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA LUIZ PAULO GOMES
IEC Instalações e Engenharia de Corrosão Ltda. Página 117
• o mesmo procedimento, além de oneroso na maioria das vezes, dificulta a proteção catódica das
faces externas das bases dos tanques, com o agravante de acelerar o processo corrosivo daquelas
estruturas;
• considerando que, na grande maioria dos casos, dependendo das resistividades elétricas do solo, as
faces externas dos tanques precisam ser protegidas catodicamente contra a corrosão que nelas
incidem, julgamos, além de desnecessário, bastante inconveniente o procedimento de aterrar os
tanques com hastes e cabos de cobre nu.
Na hipótese de, a despeito das considerações acima, o projetista dos tanques ou o proprietário das
instalações julgar conveniente a construção de aterramento elétrico, devem ser utilizadas hastes de
aterramento fabricadas de um material anódico em relação ao aço, como o magnésio, o zinco e o
alumínio, recomendando-se, nesse caso, a utilização de anodos galvânicos de zinco (como os
usados nos sistemas de proteção catódica), com enchimento condutor de baixa resistividade elétrica
(mistura de gesso, bentonita e sulfato de sódio) e a utilização de cabos elétricos de cobre revestidos.
As técnicas para a utilização dos anodos de zinco em sistemas de aterramento elétrico são descritas
no capítulo 12.
SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA LUIZ PAULO GOMES
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CAPÍTULO 14
Proteção Catódica de Tubulações Enterradas e Submersas
14.1 INTRODUÇÃO
As tubulações de aço são largamento utilizadas para o transporte e distribuição de petróleo e
seus derivados, produtos químicos, água, esgoto, gás e, mais modernamente, produtos sólidos,
como minério de ferro e fosfato. Por questões de segurança, essas tubulações são construídas
enterradas e protegidas contra a corrosão, constituindo-se, assim, na principal aplicação dos
sistemas de proteção catódica.
O presente capítulo trata da proteção dessas importantes construções metálicas, enterradas
ou submesas,
14.2 PROTEÇÃO CATÓDICA PARA TUBULAÇÕES ENTERRADAS
As tubulações enterradas podem ser protegidas catodicamente com o auxílio de anodos
galvânicos ou por meio de retificadores de corrente. A escolha de um ou outro método depende das
informações colhidas durante os trabalhos de levantamento de campo, conforme mostado no
capítulo 3.
14.2.1 Proteção Catódica com Anodos Galvânicos
Os anodos galvânicos, ou anodos de sacrifício, são normalmente escolhidos quando se
precisa de pouca quantidade de corrente para proteger a tubulação (revestimento de boa qualidade e
tubulação de pequenas dimensões) e quando o solo possui baixa resistividade elétrica. A vantagem
da utilização dos anodos galvânicos para proteger tubulações enterradas é a de não requerer fonte de
suprimento de corrente alternada na região de construção da tubulação. As desvantagens são as
seguintes:
– a quantidade de corrente fornecida à estrutura é l imitada pela diferença de potencial,
bastante baixa, entre os anodos e a tubulação;
– a proteção ficará muito difícil e antieconômica se as resistividades elétricas do solo, no
local, não forem suficientemente baixas;
– se o revestimento dos tubos não for muito bom, ou se a tubulação tiver grande diâmetro e
grande comprimento, a proteção com anodos galvânicos ficará também muito cara, devido à
grande quantidade de anodos a ser utilizada;
– se a tubulação estiver sujeita a correntes de fuga provenientes, por exemplo, de uma estrada
de ferro eletrificada, dificilmente os anodos galvânicos serão suficiente para a proteção
necessária.
Pela análise dos itens acima, verificamos que as limitações dos sistemas galvânicos são
grandes, o que nos leva a concluir que esse tipo de instalação não é muito comum para a proteção
de tubulações enterradas.
Quando um ou mais anodos galvânicos são ligados a uma tubulação metálica enterrada
surge uma pilha galvânica, conforme mostrado na figura 2.1 do capítulo 2. A corrente gerada por
essa pilha galvânica abandona o anodo, caminha pelo solo e penetra na tubulação, tornando mais
negativo o potencial do tubo, protegendo-o contra a corrosão.
Para a utilização em solos, o magnésio e o zinco são os materiais utilizados, sendo que, para
a água do mar, o zinco e, mais recentemente, o alumínio, são os melhores anodos. Esses metais,
utilizados em ligas apropriadas, são eletronegativos em relação ao aço, podendo protegê-lo.
Os anodos galvânicos são geralmente enterrados envoltos em uma mistura de gesso,
bentonita e sulfato de sódio, que é utilizado como enchimento condutor. Esse enchimento permite a
diminuição da resistividade elétrica anodo/solo, reduz os efeitos da polarização do anodo e distribui
uniformemente o seu desgaste.
SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA LUIZ PAULO GOMES
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As características mais importantes de um anodo galvânico, além da composição química,
são o seu potencial em circuito aberto (potencial medido em relação ao solo, utilizando um eletrodo
de referência), a sua capacidade de corrente (expressa normalmente em A.h/kg) e sua eficiência
eletroquímica (expressa em %). A tabela 6.1, do capítulo 6, mostra a comparação desses valores
para os anodos de zinco, magnésioe alumínio.
A figura 14.1 mostra um esquema típico da instalação de um sistema galvânico de proteção
catódica para uma tubulação enterrada.
Figura 14.1 – Esquema galvânico da distribuição de leitos de anodos galvânicos ao longo de uma tubulação enterrada.
14.2.2 Proteção Catódica por Corrente Impressa
O segundo método de aplicação de proteção catódica em uma tubulação metálica enterrada
ou submersa, conforme mostrado na figura 2.2 do capítulo 2, utiliza uma fonte externa de força
eletromotriz, sendo, por isso mesmo, denominado como método por corrente impressa. As fontes
externas de força eletromotriz, largamente utlizadas na prática, são os retificadores, equipamentos
simples que, alimentados por um circuito de corrente alternada, fornecem a corrente contínua
necessária para a proteção catódica da tubulação.
SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA LUIZ PAULO GOMES
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Foto 14.1 – Retificador de corrente instalado para a
 proteção catódica de uma tubulação enterrada.
Os sistemas por corrente impressa são os mais utilizados para a proteção de tubulações
enterradas, uma vez que possuem as seguintes vantagens sobre os sistemas galvânicos:
– possibilidade de fornecer maiores quantidades de corrente;
– possibilidade de controlar as quantidades de corrente fornecidas;
– possibilidade de ser aplicado em quase todos os tipos de solo, mesmo naqueles de elevada
resistividade elétrica;
– possibilidade de ser aplicado, com sucesso, para a proteção de estruturas nuas ou
pobremente revestidas;
– possibilidade de ser aplicado, com economia, para a proteção de estruturas metálicas de
grande porte.
No sistema de corrente impressa, uma pilha eletrolítica é criada de propósito, na qual
fazemos com que a estrutura a ser protegida funcione como catodo e a cama de anodos utilizada
libere corrente para o solo. Os anodos mais utilizados são construídos de grafite ou de ligas
metálicas, como as de ferro-silício e ferro-silício-cromo.
Construídos de materiais apropriados, os anodos, ao liberarem corrente para o solo, sofrem
desgaste suave, que depende do material utilizado e da densidade de corrente A/m2 aplicada nas
suas supefícies (ver tabela 6.2 do capítulo 6). Quando convenientemente dimensionados, os anodos
de corrente impressa possuem vida superior a 20 ou até 30 anos, sendo extremamente econômicos.
A grande vantagem desse método é a possibilidade de poder-se regular, com extrema
facilidade, em função das medições dos potenciais tubo/solo, a corrente de proteção catódica
liberada pelos anodos, mediante ajustes nos taps de saída do retificador.
O retificador constitui-se, basicamente, de um transformador, que abaixa a tensão de
alimentação para o valor desejado no circuito de proteção catódica, de uma coluna retificadora, que
pode ser construída com placas de selênio ou com diodos de silício, e de dois instrumentos comuns
para as medições das voltagens e das correntes de saída, além dos dispositivos normais de proteção.
SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA LUIZ PAULO GOMES
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Os anodos são instalados na posição vertical ou horizontal, sendo comum o uso de
enchimento condutor de coque metalúrgico moído. Quando o coque é conveniemente compactado
em torno do anodo, obtém-se menor resistência de saída da corrente para o solo, além da
diminuição do consumo do anodo, uma vez que boa parte da corrente é descarregada por intermédio
do coque metalúrgico.
Na figura 14.2 podemos observar a distribuição dos equipamentos de proteção catódica ao
longo de uma tubulação protegida por corrente impressa, incluindo um sistema de drenagem das
correntes tubo/trilho no cruzamento com uma estrada de ferro eletrificada, a instalação de uma
caixa de medição e interligação no cruzamento com uma tubulação estranha, a instalação de juntas
isolantes com os respectivos dispositivos de proteção e a distribuição de pontos de teste para as
medições dos potenciais tubo/solo.
Figura 14.2 – Esquema típico de distribuição de um sistema de proteção
 catódica por corrente impressa para uma tubulação enterrada.
14.2.3 Como Saber se a Tubulação está Protegida Catodicamente
O potencial tubo/solo tem sido usado ao longo dos anos como medida de avaliação do
funcionamento do sistema de proteção catódica de uma tubulação enterrada ou submersa.
Para a medição do potencial tubo/solo utiliza-se um voltímetro especial com alta resistência interna
(100.000 ohm/volt) e um eletrodo de referência de Cu/CuSO4, quando a tubulação for enterrada, ou
um eletrodo de Ag/AgCl, quando a tubulação estiver submersa.
Os valores limites dos potenciais tubo/solo, para proteção catódica das tubulações, são os
seguintes:
– tubulações enterradas: potencial igual ou mais negativo que –0,85 V, medido com o
eletrodo de Cu/CuSO4, ou uma elevação mínima de 0,25 V a 0,30 V, no campo negativo, do
potencial natural da tubulação;
– tubulações submersas: potencial igual ou mais negativo que –0,80 V, medido com o
eletrodo de Ag/AgCl, ou uma elevação mínima de 0,25 V a 0,30 V, no campo negativo, do
potencial natural da tubulação.
SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA LUIZ PAULO GOMES
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Medindo-se os potenciais tubo/solo, ao longo de toda a linha, temos condições de garantir,
se todo sos pontos levantados apresentarem potencial igual ou mais negativo que –0,85 V, ou
variação mínima de 0,25/0,30 V, que a tubulação encontra-se totalmente isenta de corrosão. As
medições são feitas em pontos criteriosamente localizados ao longo da tubulação, chamados pontos
de teste. A figura 2.3 do capítulo 2 mostra o esquema de medição do potencial tubo/solo de uma
tubulação enterrada.
14.2 PROTEÇÃO CATÓDICA PARA EMISSÁRIOS SUBMARINOS
Os emissários submarinos construídos em aço, normalmente revestidos e dotados de
encamisamento de concreto para flutuação negativa, sofrem ataque corrosivo severo devido às
características da água do mar, de baixíssima resistividade elétrica. A proteção catódica, também
nesses casos, é requisito indispensável para eliminar totalmente o ataque corrosivo externo a que
ficam submetidos os tubos de aço.
Para essas estruturas podem ser utilizados tanto os anodos galvânicos quanto os sistems por
corrente impressam, sendo esses últimos os preferidos, uma vez que proporcionam maiores
facilidades de montagem, vida mais longa e custo mais baixo, devido às grandes quantidade de
corrente requeridas para a proteção do aço na água do mar.
Para a proteção galvânica, nesses casos, os anodos de zindo ou alumínio são os mais
indicados, de preferência sob a forma de braçadeiras, fixados ao longo da superfície de aço da
tubulação do emissáio.
Exemplos típicos da aplicação dos anodos galvânicos sob a forma de braçadeira, são os
oleodutos e gasodutos submarinos utilizados para o escoamento de petróleo ou gás dos poços no
mar.
Nos sistemas por corrente impressa, os anodos mais indicados são os de ferro-silício-cromo,
lançados no fundo do mar e interligados por meio de um cabo elétrico ligado ao pólo positivo do
retificador, conforme mostrado na figura 14.3.
Figura 14.3 – Esquema típico de sistema de proteção catódica
 por corrente impressa para um emissário submarino.
14.4 PROTEÇÃO CATÓDICA DE TUBOS-CAMISA PARA POÇOS PROFUNDOS
Os tubos-camisa dos poços de água e de petróleo, tal como as tubulações enterradas, ficam
sujeitos, também, à incidência de corrosão severa, devido às variações da composição química, gra
de aeração e resistividade elétrica do solo em contato com estrutura de aço. A corrosão, nesses
SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA LUIZ PAULO GOMES
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casos, se apresenta mais severa, uma vez que essas estruturas, de um modo geral, não são revestidas
externamente.
Em vários países, e mesmo aqui no Brasil, existemnotícias sobre o colapso de vários poços
desse tipo, causados pela corrosão do solo.
A proteção catódica, nesses casos, constitui-se na única solução tecnicamente viável e
economicamente recomendável, podendo, como nos casos anteriormente apresentados, ser
conseguida tanto com os anodos galvânicos quanto com a utilização de corrente impressa,
dependendo das características do solo e das dimensões do poço a proteger.
14.5 CONCLUSÕES
De acordo com o exposto e considerando os excelentes resultados obtidos através dos anos
em várias instalações no mundo inteiro, concluímos que a técnica da proteção catódica é o único
método seguro e econômico para garantir proteção contra a corrosão das tubulações metálicas
enterradas ou submersas, como os oleodutos, gasodutos, minerodutos, linhas de incêndio, linhas de
processo em unidades industriais, adutoras, emissários submarinos, linhas de escoamento de
petróleo ou gás e tubos-camisa de poços de água ou de petróleo.
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CAPÍTULO 15
Proteção Catódica de Tanques de Armazenamento de Petróleo e Derivados
15.1 INTRODUÇÃO
Os tanques metálicos para armazenamento de petróleo e derivados estão sujeitos a processos
corrosivos internos e externos, ocasionados pela presença de eletrólitos agressivos.
A proteção anticorrosiva para as partes aéreas constitui-se de pintura ou revestimento. As
partes enterradas ou em contato com o solo, partes submersas ou, ainda, partes internas submersas,
são protegidas com o auxílio dos sistemas de proteção catódica, em complementação aos
revestimentos.
A importância de um controle adequado da corrosão em tanques de armazenamento vem
aumentando consideravelmente à medida em que se projetam tanques com maior capacidade, nos
quais os custos de parada e de manutenção são extremamente elevados.
15.2 TIPOS DE TANQUES DE ARMAZENAMENTO
15.2.1 Tanques Aéreos Apoiados no Solo
Os tanques aéreos apoiados no solo são muito usados na indústria de petróleo, indústria
petroquímica e nas companhias de distribuição de derivados de petróleo e álcool.
Esses tanques são montados em bases, destacando-se dois tipos:
– tanques de base com fndação direta: quando o fundo do tanque é montado na supefície de uma
base constituída da compactação do solo, seguindo-se a compactação de uma camada de areia e
brita, no interior de um anel de concreto;
– tanques de base, com fundação indireta: quando o fundo do tanque é montado sobre uma laje de
concreto, moldada sobre estacas previamente cravadas.
15.2.2 Tanques Enterrados
Os tanques metálicos totalmente enterrados são, de um modo geral, cilíndricos. Esse tipo de
tanque é muito usado para o armazenamento de derivados de petróleo, álcool e produtos químicos,
nos postos de serviço e em unidades industriais.
15.2.3 Tanques Submersos
Os tanques metálicos submersos são usados apenas em casos especiais, como no
armazenamento de petróleo proveniente de campos submarinos.
15.3 PROTEÇÃO CATÓDICA
Os fundos dos tanques de armazenamento, aéreos, apoiados no solo, e as superfícies
externas dos tanques enterrados, são revestidos, precariamente, á base de piche ou de asfalto. As
superfícies internas dos tanques de armazenamento de petróleo possuem pintura à base de epóxi.
Os problemas de corrosão dos fundos dos tanques apoiados no solo e das superfícies externas dos
tanques enterrados são grandes, principalmente quando a resistividade elétrica do solo é média ou
baixa (abaixo de 50.000 ohm.cm). Nesses casos, torna-se necessária a instalação dos sistemas de
proteção catódica, como a única solução tecnicamente segura para eliminar a corrosão e garantir a
segurança operacional dos tanques.
Descrevemos, em seguida, as principais orientações a serem adotadas para a implantação dos
sistemas de proteção catódica nos tanques de armazenamento.
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15.3.1 Proteção Catódica Interna dos Tanques de Petróleo com Lastro de Água
O petróleo bruto e seus derivados não são eletrolíticos e não causam problemas de corrosão.
Entretanto, a presença de água salgada ou doce no interior dos tanques é bastante comum,
principalmente a primeira, parte integrante do petróleo bruto, fazendo com que os problemas de
corrosão apareçam.
O sistema de proteção catódica galvânico é muito utilizado nesses casos, sendo que os
anodos são soldados na chapa do fundo, ficando submersos na coluna de água depositada dentro do
tanque.
Os anodos mais usados são os de zinco e de alumínio. Os anodos de magnésio são usados
apenas quando o eletrólito é água doce, porque para a água salgada a eficiência do magnésio é
muito baixa. O dimensionamento dos anodos pode ser feito de acordo com o capítulo 5.
Após dimensionados, os anodos são distribuídos no interior do tanque, de modo que a corrente seja
injetada em toda a superfície a proteger. A figura 15.1 mostra um tipo de distribuição, com o
objetivo de proteger apenas a supefície interna do fundo.
Figura 15.1 – Proteção catódica galvânica interna de um tanque.
15.3.2 Proteção Catódica Externa
Todos os três tipos de tanque estão sujeitos a processos de corrosão causados pelo solo ou
pela água.
Os tanques aéreos apoiados no solo, que constituem a grande maioria dos tanques para
armazenamento de petróleo e derivados, necessitam quase sempre de proteção catódica externa. Em
primeira aproximação, apenas os tanques sobre bases de concreto muito elevadas e com boa
impermeabilização entre a base e a chaparia do fundo estariam isentos de corrosão.
Os tanque enterrados precisam sempre ser protegidos catodicamente, a não ser que esteam
construídos em solos com resistividade elétrica muito alta.
Sob o ponto de vista econômico, o custo do controle da corrosão é sempre bem menor que os custos
de manutenção e lucros cessante ocasionados por parada do tanque devido a esse tipo de problema.
Os tanques apoiados no solo são, na maioria das vezes, protegidos com sistemas por
corrente impressa. Eventualmente, a proteção de um tanque isolado de pequeno porte, instalado em
solo de baixa resistividade elétrica, pode ser feita com anodos galvãnicos.
SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA LUIZ PAULO GOMES
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Os tanques enterrados são protegidos com anodos galvânicos, quando a resistividade elétrica
do solo é menor que 6.000 ohm.cm, e com sistemas por corrente impessa quando a resistividade
elétrica do solo for mais alta.
O isolamento elétrico dos tanques apoiados no solo é uma prática às vezes necessária, a fim
de concentrar a corrente de proteção, evitando as fugas para instalações estranhas.
O isolamento elétrico é feito, nas tubulações ligadas aos tanques, por meio de juntas
isolantes convencionais ou prefabricadas, conforme mostrado no capítulo 6.
A proteção galvânica externa dos tanques apoiados ou enterrados pode ser feita
individualmente para cada tanque, consistindo na ligação direta de anodo, ou leito de anodos. Os
anodos usados são os de magnésio ou zinco, dependendo da resistividade elétrica do solo. O
dimensionamento dos anodos pode se feito de acordo com as orientações do capítulo 5. A figura
15.2 mostra alguns esquemas típicos de instalação para os tanques apoiados no solo e a figura 15.3
mostra o esquema típico de montagem para um tanque cilíndrico enterrado.
Figura 15.2 – Esquemas típicos de proteção galvânica
 externa para tanques apoiados no solo.
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Figura 15.3 – Esquema típico de proteção galvânica externa para um tanque enterrado.
A proteção catódica externa por corrente impressa é utilizada, de modo geral, para todos os
tipos de tanques, com qualquer disposição e em todos os tipos de eletrólito,constituindo-se, assim,
na prática mais comum de controle de corrosão externa de tanques metálicos.
A utilização de proteção por corrente impressa é feita normalmente para grupos de tanques
e, apenas em casos especiais, para tanques individuais. O dimensionamento do sistema pode ser
feito de acordo com as mesmas orientações do capítulo 5. A proteção pode ser feita de uma das
duas maneiras abaixo:
• proteção dirigida apenas aos tanques: para este tipo de proteção torna-se necessário o
isolamente de todos os tanques das demais estruturas vizinhas, seguindo-se uma interligação entre
eles por cabos elétricos.
Este procedimento é particulamente adotado quando há grande quantidade de estruturas
enterradas próximas aos tanques e que não se deseje proteger;
• proteção global: este tipo de proteção é o mais freqüentemente utilizado, sendo que a proteção é
dirigida não só aos tanques mas, também, a todas as estruturas no parque de tanques, incluindo
tubulações, eletrodutos e malhas de aterramento elétrico.
Com este procedimento, tem-se um menor aproveitamento da corrente injetada para a
proteção dos tanques, principalmente devido à inclusão da malha de aterramento elétrico no
circuito.
A figura 15.4 mostra os esquemas típicos de instalação que podem ser usados para a
proteção por corrente impressa externa de tanques apoiados no solo, e a figura 15.5 apresenta um
esquema de instalação que pode ser usado para a proteção por corrente impressa para os tanques
enterrados de um posto de serviço.
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Figura 15.4 – Esquemas típicos de proteção externa por
 corrente impressa para tanques apoiados no solo.
Figura 15.5 – Esquema típico de instalação de um sistema por
 corrente impressa para os tanques enterrados de um posto de serviço.
SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA LUIZ PAULO GOMES
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Tem sido prática comum o aterramento elétrico dos tanques metálicos para proteção contra
eletricidade estática e raios.
Estudos recentes demonstram, entretanto, não ser necessário o aterramento de tanques
aéreos apoiados no solo, quer nos de base com fundação direta, quer nos de base com fundação
indireta.
A razão principal de dispensar-se o aterramento está no fato de que, em climas úmidos e até
mesmo nos secos, uma resistência tanque-terra da ordem de 106 ohms é suficiente para dissipar
eletricidade estática, e ainda porque o aterramento de tanques não aumenta nem diminui a
possibilidade de os mesmos serem atingidos por raios.
Os aterramentos, quando utilizados, constituem problema para a proteção catódica dos
tanques, pelas seguintes razões:
– sendo os aterramentos instalações de baixa resistência ligadas em paralelo com os tanques,
dividem com aqueles parcelas consideráveis da corrente de proteção;
– as superfícies dos aterramentos de cobre são áreas adicionais, normalmente nuas, que
consomem grande quantidade de corrente do sistema de proteção catódica.
Os tanques metálicos apoiados, por possuírem grandes superfícies em contato com o solo,
principalmente grandes tanques ou grupos de tanques, são considerados auto-aterrados. Entretanto,
quando se deseja aterrá-los, devem ser preferidos materiais metálicos anódicos em relação ao aço,
como o zinco e o magnésio. O aterramento convencional de cobre deve sempre ser evitado porque,
além de dificultar a proteção catódica, tem sido a causa freqüente de grandes problemas de corrosão
devido à forte pilha formada, aço/cobre, conforme mostrado com mais detalhe no capítulo 13.
15.4 CRITÉRIOS DE PROTEÇÃO
Os potenciais de proteção para tanques metálicos de aço são os valores universalmente
aceitos de –0,85 V em relação à semi-célula de Cu/CuSO4, e –0,80 V em relação à semi-célula de
Ag/AgCl.
Para tanques aéreos apoiados no solo é comum verificar-se o potencial em quatro pontos nas
bordas dos tanques e, excepcionalmente, em outras posições como na parte central do fundo,
quando são instalados eletrodos de referência permanente durante a fase de montagem do tanque.
Em tanques apoiados de grande diâmetro, a maior dificuldade consiste sempre em proteger o
centro do tanque.
Para garantia de proteção no centro, um posicionamento criterioso dos anodos deve ser
realizado. Um posicionamento inadequado levaria a proteção a restringir-se, provavelmente, a um
anel próximo à periferia.
Em sistemas bem projetados, é comum adotar-se, como critério de proteção, o fato de que
um potencial de –1,0 V em relação à semi-célula de Cu/CuSO4, na borda, garante um potencial
mínimo de –0,85 V no centro. O mais seguro, no entanto, é a colocação de eletrodos de referência
permanente no centro do tanque. O eletrodo permanente mais usado, para esta finalidade, é o de
zinco, cujo potencial de proteção deve ser igual ou menos positivo do que +0,25 V.
15.5 Distribuição da Corrente em Grupo de Tanques
A distribuição da corrente para tanques, no caso de grupo de tanques, é função direta do
posicionamento dos anodos e da resistividade do solo ao longo dos tanques.
Deve-se procurar um posicionamento para os anodos que permita a melhor distribuição
possível da corrente injetada.
Por outro lado, como sempre há um ligeiro desequilíbrio em termos de resistividade, é
comum os tanques apresentarem pontos com valores de potenciais além do mínimo necessário, o
que, no entanto, não causa qualquer prejuízo.
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15.6 CONCLUSÃO
A proteção catódica é um excelente processo de controle de corrosão para tanques metálicos
de aço apoiados no solo ou enterrados. Sua aplicação é simples e econômica, devendo, entretanto,
se criteriosamente estudada, para que se obtenham resultados satisfatórios.
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CAPÍTULO 16
Proteção Catódica para Piers de Atracação de Navios
16.1 INTRODUÇÃO
O emprego de estruturas de aço nas construções marítimas é uma prática muito difundidade
e aceita no mundo inteiro, em virtude da suas excelentes propriedades mecânicas, associadas a um
custo global muito atraente, especialmente nas instalações de grande porte, mesmo sabendo-se que
a agressividade da água do mar é das mais intensas.
O sucesso desse material, entretanto, deve-se fundamentalmente ao desenvolvimento de uma
tecnologia de prevenção e combate à corrosão, de custo baixo e resultados comprovados, de modo a
preservar, por um tempo muito longo, a integridade dessas estruturas: o emprego adequado de
proteção catódica, associado ou não a um revestimento.
O objetivo deste capítulo é rever o mecanismo da corrosão do aço pela água do mar, para
mostrar como a proteção catódica, associada ao revestimento das estruturas, proporciona sua
proteção integral.
16.2 CARACTERÍSTICAS DAS ESTRUTURAS
Quanto à forma, as estruturas metálicas usadas nessas construções são constituídas
essencialmente de estacas tubulares (tanto para pontes como para dolfins e plataformas de
atracação) e estacas-prancha que são empregadas nas construções de células para apoio das
plataformas de atracação e similares, construção de cortinas metálicas em cais e outras instalações.
As estacas-prancha (sheet pilings) são fabricadas com os mais variados formatos. Quanto à
composição química, é comum usar-se nestes perfis um aço com cerca de 0,5% de cobre, o que
melhora as propriedades de resistência à corrosão pela água do mar.
Foto 16.1 – Estacas tubulaes cravadas no mar para construção de um pier de atracação de navios.
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16.3 CARACTERÍSTICAS DA ÁGUA DO MAR
A agressividade da água do mar está diretamente ligada ao teor de sal. Em geral, asalinidade
dos oceanos é praticamente constante, situando-se em torno de 3,5% a 4%. Os mares fechados e os
isolados geralmente se afastam destes valores, às vezes para menos e às vezes para mais.
Esta salinidade é representada aproximadamente pela composição química mostrada na
tabela 16.1.
TABELA 16.1
Teores Aproximados de Sais que Constituem a Água do Mar
Sal Teor (%)
NaCl 77,8
Mg Cl2 10,9
Mg SO4 4,7
Ca SO4 3,6
K2 SO4 2,5
Ca CO3 0,3
Mg Br2 0,2
Os sais dissolvidos fazem com que a água do mar seja um excelente eletrólito, apresentando
baixa resistividade elétrica. Quanto mais baixa a resistividade elétrica da água do mar, tanto mais
facilmente se desenvolverá o processo eletroquímico da corrosão, como veremos mais adiante.
A resistividade média da água do mar, medida em função de trabalhos realizados em vários
países, situa-se na faixa de 20 a 100 ohm.cm. Em baías que recebem rios, tornando a água salobra,
podemos encontrar resistividade de até 1.200 ohm.cm.
Apresentamos na tabela 16.2 alguns valoes que temos encontrado, em fnção de medições
realizadas em várias regiões do nosso litoral.
TABELA 16.2
Resistividades Elétricas Médias da Água do Mar em Alguns Pontos do Litoral Brasileiro
Local Resistividade elétrica
Média (ohm.cm)
Costa de Sergipe – a 12 milhas do litotal (1971) 23
Costa de Sergipe – no litoral (1970) 65
Bahia – Terminal de Madre de Deus, da Petrobras (1970) 34
Baía da Guanabara – Terminal da Petrobras (196) 45
Canal de S. Sebastião – Terminal da Petrobras (1970) 30
Canal do Porto de Santos – Pier da Ultrafértil (Piaçaguera) (1967) 18
Guarujá (SP) – Terminal da Dow Química (1971) 31
Costa do Rio Grande do Sul – Tramandaí – Terminal da Petrobras (1970) 48
Costa do E. Santo – Terminal da SAMACO (1977) 52
Angra dos Reis – Terminal da Petrobras (1976) 50
Além destas propriedades, é importante frisar que certos íons são particularmente agressivos
a vários materiais, principalmente o cloreto (Cl–), que destrói a passividae até de aços inoxidáveis,
ocasionando corrosão por pites.
Outro fator que agrava o índice de corrosividade da água do mar é a poluição, uma vez que a
resistividade elétrica, de um modo geral, diminui em baías poluídas.
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16.4 CORROSÃO DO AÇO PELA ÁGUA SALGADA
A corrosão do aço pela água do mar, de um modo geral, em função de experiências
realizadas em diversas instalações marítimas de vários países, pode ser considerada como sendo de
aproximadamente 0,005” por ano, quando as condições são normais.
Existen, entretanto, uma série de fatores que fazem com que esta taxa sea grandemente
elevada, contribuindo para o colapso da estrutua em tempo bastante curto. A literatura especializada
registra casos de estruturas metálicas de piers de atracação que falharam após 10 anos de serviço.
Os fatores que mais influem paa a variação dessa taxa de corrosão são o emprego de
revestimentos protetores, a ocorrência de pites na estrutura, a velocidade da água do mar, as marés,
a poluição, o tipo de estrutura, a resistividade elétrica da água, o pH e o grau de aeração do meio.
A corrosão em tais condições é de natureza eletroquímica. Ocorre em função dos fatores
acima descritos e em conseqüência das heterogeneridades que existem na supefície dos aços
comuns. Essas heterogeneidades resultam de várias causas, dentre as quais podemos citar a variação
na composição química dos grãos que constituem a estrutua metalográfica, a prsença de inclusões
não metálicas e a existência de tensões internas diferenciais, resultantes de processo de
conformação, soldagem e outras causas.
Em conseqüência, há o aparecimento de pilhas de corrosão na superfície metálica, causando
sua destruição.
Nas áreas anódicas, o ferro perde elétrons, ocasionando a dissolução do metal segundo uma
reação anódica.
Fe → Fe++ + 2e
Conseqüentemente, surgem as reações catódicas, que ocorrem na água auxiliadas pela
migração, através de massa metálica, dos elétrons liberados. Essas reações catódicas dependem do
meio, o qual pode ser ácido ou alcalino e ter diferentes graus de aeração. Considerando o meio
neutro e aerado, a reação que se processa é a seguinte:
H2O + ½ O2 + 2e → 2OH
–
O resultado das duas reações acima é a reação de corrosão que pode ser expressa pelas
equações:
Fe + H2O + ½ O2 → Fe
++ + 2 OH–
Fe++ + 2 OH– → Fe (OH)2
Uma vez que o meio é aerado, a transformação continua conduzindo à formação do óxido de
ferro hidratado, de cor avermelhada, conhecido vulgamente como ferrugem, responsável pela
acentuada deterioração das estruturas metálicas marítimas. A equação abaixo mostra essa
transformação.
2Fe (OH)2 + H2O + ½ O2 → 2Fe (OH)3 ou 2Fe2 O3 H2O
Em geral, nas estruturas marítimas distinguimos cinco zonas bem distintas, apresentando
taxas de corrosão também diferentes, conforme esquematicamente ilustrado na figura 16.1.
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Figura 16.1 – Variação das taxas de corrosão de uma estaca submersa.
 1 – Zona aérea; 2 – zona sujeita a respingos; 3 – zona de variação de maré;
 4 – zona constantemente submersa; 5 – zona enterrada.
16.5 SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA
A proteção catódica constitui-se no mais eficiente processo para a proteção das estruturas
metálicas constantemente submersa sna água do mar. Consiste basicamente em fornecer, à
superfície que se deseja proteger, um permanente fluxo de elétrons,d e tal maneira que se tenha
somente reações catódicas, eliminando-se com isso o desgaste da estrutura.
De acordo com a maneira pela qual o fluxo de elétrons é fornecido à superfície metálica,
temos os dois sistemas básicos de proteção catódica, que são o sistema galvânico e o sistema por
corrente impressa.
A escolha de um ou outro sistema depende das condições de cada instalação, associadas ao
fator econômico. Ambos os sistemas apresentam vantagens e desvantagens relativamente um ao
outro. Contudo, não é difícil a avaliação criteriosa dessas condições para se chegar a uma boa
decis;ao.
16.5.1 Sistema Galvânico
No sistema galvânico ligamos eletricamente ao aço certos materiais, formando pilhas, cujas
reações são semelhantes às apresentadas anteriormente, estabelecendo-se um fluxo de elétrons que
alcança a estrutura, modificando-lhe o potencial.
Os materiais normalmente utilizados, tradicionalmente encontrados no mercado, constituem-
se de ligas de zinco, ligas de magnésio e ligas de alumínio. Estes materiais são muito mais ativos
que o aço, na água do mar, funcionando como anodo de sacrifício, conforme ilustrado
esquematicamente na figura 16.2.
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Figura 16.2 – Proteção catódica galvânica para pier.
O potencial estático (sem proteção) do aço no mar é da odem de –0,55 V, medido em
relação à semi-célula de Ag/AgCl.
As ligas de zinco e as de alumínio apesentam, em relação àquela semi-célula, um potencial
estático de –1,10 V, enquanto as de magnésio podem atingir até –1,60 V.
Na tabela 6.1 do capítulo 6, apresentamos ma comparação das principais características dos três
tipos de anodos.
A modificação do potencial em conseqüência da passagem de uma corrente elétrica chama-
se polarização e ocorre tanto no anodo como no catodo, dependendo de vários fatores.
A polarização do aço a um potencial de –0,80 V em relação à citada semi-célula é
universalmente aceita como m critério de p roteção integral da estrutura. Existem outros critérios de
proteção igualmente aceitos, conforme mostrado no capítulo 2.
O sistema galvânico para instalações de grande porte geralmente implica em custo inicial
elevado, uma vez que a intensidade da corrente depende da forma, da distribuiçõ e do número de
anodos, e suavida depende da massa total dos anodos instalados, conforme mostrado no capítulo 5.
Um fato importante que não pode deixar de se considerado é a observância rigorosa dos
requisitos de composição química dos anodos, de qualque um dos três tipos acima referidos.
16.5.2 Sistema por Corrente Impressa
No sistema de proteção catódica por corrente impressa, a corrente elétrica de proteção é
provida por uma fonte externa de força eletromotriz, diferentemente do sistema anterior, combinado
com o uso de anodos, conforme ilustrado na figura 16.3.
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Figura 16.3 – Proteção catódica por corrente impressa para pier.
Os anodos são empregados com o objetivo de completar o circuito e, para a sua fabricação,
empregam-se materiais, tanto quanto possível, inertes no meio aquoso.
Os materiais normalmente usados como anodos em sistemas de corrente impressa para a
proteção catódica de estruturas submersas são a grafite, liga de fero com alto teor de silício e baixo
cromo, liga de chumbo-antimônio-prata, e o titânio, nióbio ou tântalo com revestimento de platina.
Quanto à fonte externa de f.e.m. contínua, podemos usar uma bateria, um gerador, ou um
retificador de corrente. Nos locais onde existe corrente alternada, a utilização do retificador é a
melhor solução. Um retificador de corrente para sistemas de proteção catódica constitui-se,
basicamente, de um transformador, para reduzir a voltagem de entrada da corrente alternada,
combinando com o uso de elementos retificadores, que recebem a corrente alternada e a convertem
em corrente contínua.
Como elementos retificadores são usados, normalmente, placas de selênio ou diodos de
silício. As placas de selênio foram usadas, preferencialmente, durante muitos anos. Atualmente,
porém, utilizam-se quase que exclusivamente os diodos de silício. As vantagens principais dos
diodos de silício são a sua alta eficiência e o seu envelhecimento praticamente desprezível, sendo
que sua desvantagem é a indispensável proteção contra as oscilações de corrente. As placas de
selênio são capazes de suportar as oscilações de corrente, mas possue a desvantagem de
envelhecerem com maior rapidez.
Os retificadores podem ser refrigerados a ar ou a óleo, dependendo das condições
atmosféricas do local onde estejam instalados. Considerando a agressividade da atmosfera
marítima, é comum usar-se retificadores do tipo imerso em óleo.
Em piers de atracação operando com produtos explosivos, a instalação do sistema de
proteção catódica precisa ser realizada com maiores cuidados, empregando-se, para isso,
retificadores e acessórios à prova de explosão, o que torna o sistema um pouco mais caro.
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16.5.3 Comparação Entre o Sistema Galvânio e o Sistema por Corrente Impressa
A escolha de um sistema para a proteção catódica de estruturas marítimas de piers de
atracação depende de uma série de fatores, existindo vantagens e desvantagens para cada um deles.
Em termos gerais, prefere-se o sistema de proteção catódica por corrente impressa quando se
tem grandes superfícies a proteger e há disponibilidade de corrente alternada no local da instalação.
Na tabela 16.3 são comparadas as principais caracrterísticas sde cada um dos sistemas.
TABELA 16.3
Principais Características dos Sistemas Galvânicos e por Corrente Impressa
Sistema por anodos galvânicos Sistema por corrente impressa
1) Não requer fonte externa de corrente. 1) Requer fonte externa de corrente..
2) Em geral, econômico paa requisitos 2) Em geral, econômico para requisitos
de corrente de até 5 A. . de corrente acima de 5 A
3) Não requer manutenção. 3) Requer manutenção.
4) Possui vida limitada. 4) Pode ser projetado para vida bastante longa.
5) Necessita de acompanhamento operacional. 5) Necessita de acompanhamento operacional.
6) Usadao em eletrólitos de baixa resistência
Elétrica.
6) Pode ser usado em eletrólitos de alta
resistividade elétrica.
7) Não apresenta problemas de interferência com
estruturas
7) Pode apresentar problemas de interferência
com estruturas estranhas.
Figura 16.4 – Esquema básico de proteção catódica por corrente impressa para estacas-prancha.
16.6 ZONA DE VARIAÇÃO DE MARÉ E DE RESPINGO
A zona sujeita a variações de marés e a zona de respingos constituem as regiões mais críticas
da estrutura no que se refere à corrosão.
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Para a proteção dessas zonas foram desenvolvidos revestimentos, à base de epóxi, que são
aplicados com sucesso mesmo em superfícies molhadas, como é o caso.
Considerando que esses revestimentos geralmente são de custo elevado, faz-se um estudo
criterioso de cada instalação, a fim de se determinar, em cada caso específico, qual a faixa mínima
que deve receber esta proteção, de modo a ficar inteiramente preservada.
O estudo é feito a partir do levantamento de um maregrama do local, abrangendo um período
de um mês, ou mais, de modo a incluir marés de sizígias e de quadraturas, permitindo uma visão
ampla das áreas envolvidas, facilitando, assim, a definição técnica e econômica do problema.
Assim, a proteção das estruturas metálicas marítimas é feita de modo integral, preservando-as
indefinidamente da ação destruidora da corrosão devida à água do mar.
16.7 CONCLUSÃO
Em face do que acaba de ser exposto, é fácil concluir-se que o emprego de aço nas construções
marítimas é, hoje em dia, uma prática absolutamente segura, do ponto de vista estrutural,
apresentando, ainda, uma vida útil muito prolongada, desde que convenientemente protegido com o
auxílio de um sistema de proteção catódica.
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CAPÍTULO 17
Proteção Catódica de Navios
17.1 INTRODUÇÃO
Uma da mais importantes aplicações da proteção catódica, nos últimos anos, tem sido no
controle e combate à corrosão dos cascos de navios e embarcações construídos em aço.
O presente capítulo é uma condensação sobre o assunto, mostrando os princípios básicos da
corrosão e da proteção catódica nas superfícies dos casos dos navios (incluindo a proteção catódica
interna dos tanques de lastro), as orientações para a utilização dos tipos de proteção empregados
(galvânica ou por corrente impressa), com dados comparativos sobre os dois sistemas, incluindo
ainda considerações importantes sobre o desempenho dos esquemas de revestimento normalmente
utilizados, em função das condições de operação do sistema de proteção catódica.
17.2 CORROSÃO E PROTEÇÃO CATÓDICA
A corrosão dos casos dos navios em contato com a água do mar é a destruição eletroquímica
do aço provocada pela reação com a água. Essa destruição, responsável pro grandes prejuízos, seja
pela necessidade da substituição de chapas de aço, ou pelo aumento da rugosidade das superfícies
do casco, com conseqüente aumento no consumo de combustível utilizado para deslocamento do
navio, é ocasionada sempre por um fluxo de elétrons que proporciona a transformação do aço,
fazendo com que o mesmo retorne à sua forma primitiva, ou seja, o minério de ferro (óxido de ferro
hidratado).
Para a eliminação da corrosão, nessas circunstâncias, utilizam-se revestimentos protetores
nas superfícies metálicas, complementados por um sistema de proteção catódica que consiste, em
última análise, em modificar o potencial do casco, em relação à água, para um valor de imunização
abaixo do qual a corrosão cessa totalmente, resolvendo o problema.
O casco fica completamente protegido quando polarizado com potencial de �0,80 V ou
mais eletronegativo, medido em relação a um eletrodo de prata/cloreto de prata (Ag/AlCl), ou com
um potencial equivalente medidoem relação a um outro eletrodo de referência, sempre posicionado
próximo ao ponto (ou região) onde se deseja medir as condições de proteção.
Nas aplicações práticas, para o caso de navios, os eletrodos de referência normalmente
utilizados são os de Ag/AgCl e os de zinco. Na tabela 17.1 encontram-se os potenciais mínimos de
proteção segndo três diferentes tipos de eletrodos.
A figura 17.1 compara os diferentes potenciais fornecidos pelos eletrodos utilizados na
prática e fornece uma idéia das zonas de corrosão, de proteção catódica e de super-proteção, sendo
essa última prejudicial ao revestimento do casco do navio.
TABELA 17.1
Potenciais de Proteção para Cascos de Aço Medidos em Relação a Diferentes Tipos de Eletrodos
de Referência
Eletrodo de Eletrólito Potencial de proteção em água do
mar
com resistividade elétrica de
20 ohm.cm a 20 ºC
Ag/AgCl Água do mar –0,80 V
Cu/CuSO4 Solução saturada de CuSO4 –0,85 V
Zinco Água do mar +0,25 V
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Figura 17.1 – Zonas de corrosão de proteção e de super-proteção do casco na água do mar.
A mudança do potencial do casco do navio, por intermédio de um sistema de proteção
catódica, é conseguida através de inejção de corrente contínua em toda a supefície de aço abaixo da
linha d’água. Essa corrente é normalmente fornecida ao casco mediante a utilização de um dos dois
métodos existentes: anodos galvânicos (placas de zinco ou alumínio, que possuem potencial mais
negativo que o do aço, fixadas e distribuídas ao longo do casco), ou corrente impressa (retificador
de corrente que, sendo uma fonte de força eletromotriz externa, distribui a corrente na superfície a
ser protegida, com o auxílio de anodos inertes, normalmente de chumbo-antimônio-prata ou de
titânio com revestimento de platina).
17.3 PROTEÇÃO CATÓDICA GALVÂNICA
A proteção catódica galvânica, ou por anodos galvânicos, consiste na fixação de anodos, de
zinco ou de alumíinio, na supefície de aço do navio que se deseja proteger. Os anodos galvânicos
são muito utiilzados para proteção dos cascos de navios pequenos e médios, sendo que, para navios
maiores, ou navios grandes, os sistemas por corrente impressa são mais utilizados, em função da
maior economia que propocionam ao longo dos anos. Os sistemas galvânicos são ainda muito
usados para a proteção interna dos tanques de lastro (a utilização do sistema por corrente impressa,
para lastros de óleo, não é permitida pelas sociedades classificadoras) e para a proteção de
equipamentos navais, tais como condensadores, permutadores de calor e tubulações (parte interna).
A tabela 6.1 do capítulo 6 apresenta uma comparação entre os anodos de zinco, magnésio e
alumínio.
Os anodos de zinco e os anodos de alum~inio são muito utilizados para a proteção catódica
galvânica de navios. Nos últimos anos, entretanto, com o desenvolvimento das ligas de alumínio
com boas propriedades para proteção catódica, esse tipo de material tem sido muito bem aceito,
devido ao seu baixo peso e preço mais atraente por ampére produzido, quando comparado com o
zinco.
As ligas de magnésio, devido ao seu elevado potencial em circuico aberto, não são usadas
para a proteção dos cascos de navios que naveguem em água do mar. Eventualmente, para
embarcações que só naveguem em água doce, o magnésio pode ser considerado como uma
alternativa de proteção catódica galvânica.
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17.3.1 Proteção Galvânica de Tanques de Lastro
Para a proteção galvânica interna dos tanques de lastro, as seguintes orientações básicas devem
ser adotadas:
– os anodos devem ser dimensionados para uma vida não inferior a quatro anos;
– as viagens com lastro devem ser consideradas como tendo, no mínimo, cinco dias de duração;
– a resistividade elétrica da água de lastro deve ser considerada como sendo de aproximadamente
25 ohm.cm. Se existe possibilidade da utilização de água salobra ou água com resistividade
elétrica alta, o sistema precisa ser dimensionado para atender essa condição;
– a parte superior do tanque (faixa de 1,5 m) deve ser revestida, com o objetivo de se obter
proteção total para o tanque;
– os anodos devem ser distribuídos ao longo de toda a estrutura interna dos tanques, com especial
atenção para as superfícies horizontais do fundo, que retêm água com facilidade;
– os anodos devem ser instalados em locais que não prejudiquem as operações de limpeza do
tanque, quando for o caso;
– para os tanques de lastro que contenham combustível ou vapores combustíveis, o uso dos
anodos de magnésio não é permitido pelas sociedades classificadoras, umav ez que eles
produzem centelhas ao chocarem-se com superfícies metálicas, quando em queda livre. Pelo
mesmo motivo, os anodos de alumínio só podem ser usados quando instalados a uma altura tal
que, em queda livre no fundo do tanque, a energia total produzida seja inferior a 27,7 kg.m ou
200 lb.ft.
Foto 1.1 – Anodos galvânicos instalados paa proteção do casco.
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17.3.2 Corrente Necessária
A quantidade de corrente necessária para a proteção catódica eficiente das estrutuas de aço
(tanques de lastro e supefícies do casco) dos navios depende de vários fatores, sendo os mais
importantes as áreas a proteger, a registividade elétrica da água (influenciada pela salinidade e
temperatura), a velocidade desenvolvida pelo navio (somente para proteção do casco), a quantidade
de oxigênio dissolvido na água e as condições e qualidade do revestimento empregado.
A tabela 17.2 apresenta as densidades de corrente aproximadas para a proteção galvânica
dos tanques de lastro e dos cascos de navios.
TABELA 17.2
Densidades de Corrente Aproximadas para a Proteção Galvânica Interna dos Tanques de Lastro
e das Superfícies Externas do Casco
Características do tanque ou da Densidade de
superfície externa do casco corrente (1)
TANQUES mA/m2
Carga/tanques de lastro sujo 50
Carga/tanques de lastro limpo 86
Apenas lastro e tanques de lastro de claros 108
Tanques superiores 120
Tanques inferiores 86
Tanques de fundo duplo (apenas lastro) 86
Tanques de fundo duplo (lastro/óleo combustível) 45
Tanques de colisão (avante e ré) 108
Superfícies pintadas (200 mm) 5
CASCO mA/m2
Navios com revestimento à base de epóxi 10/15
Navios com pintura convencional 0/25
(1) Valores apenas orientativos – não utilizar para o dimensionamento.
O dimensionamento dos anodos galvânicos (supefícies internas dos tanques de lastro ou
supefície externa dos cascos) deve satisfazer aos cálculos da vida e da quantidade de corrente
necessária, de acordo com o seguinte:
peso total de anodos = número de anodos x peso por anodo;
corrente total liberada = número de anodos x corrente liberada por anodo.
A corrente total necessária obtém-se mediante a multiplicação da área total a proteger pela
densidade de corrente recomendada para cada situação particular.
A vida dos anodos, normalmente calculada para dois ou três anos no caso da proteção
externa do casco, é diretamente proporcional ao peso total de anodos e à capacidade de corrente do
anodo utilizado e inversamente proporcional à área que se deseja proteger e à densidade de corrente
utilizada.
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Foto 17.2 – Anodos galvânicos instalados para proteção de tanque de lastro.
Figura 17.2 – Concentração de anodos galvânicos para a proteção catódica da região da hélice e do leme.
1.4 PROTEÇÃO CATÓDICA POR CORENTE IMPRESSA
Os sistemas por corrente impressa têm sido muito utilizados, nos últimos anos, para a
proteção externa dos cascos de navios, principalmente os de médio e grandeportes, incluindo,
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ainda, em muitos casos, a proteção interna dos sistemas de resfriamento de água e outros
equipamentos navais.
O sistema por corrente impressa consiste, normalmente, das seguintes partes principais,
conforme mostrado na figura 17.3;
Figura 17.3 – Esquema de um sistema de proteção catódica por corrente impressa para casco de navio.
– um ou mais transformadores/retificadores – alimentados pelo próprio circuito elétrico do
navio, diretamente, no caso do navio dispor de alimentação em corrente alternada, ou através de
alternador, para os navios que somente dispõem de circuitos de corrente contínua.
– anodos especiais – normalmente de titânio platinizado, ou de chumbo/antimônio/prata,
montados no casco, com o objetivo de distribuir a corrente de proteção ao longo da superfície
submersa do casco.
Eletrodos de referência especiais – normalmente de zinco, com o objetivo de controlar
automaticamente, em função dos potenciais alcançados pelo casco, a quantidade de corrente
fornecida pelo retificador através dos anodos. Os eletrodos de referência, tal como os anodos, são
montados na superfície do casco completamente isolados do aço. Com o seu auxílio, o
transformador/retificador ajusta automaticamente a corrente contínua de saída, de modo a manter os
potenciais ao longo do casco do navio o mais próximo possível do limite de proteção, com o
objetivo de não prejudicar o revestimento protetor das superfícies submersas. A outra finalidade do
eletrodo de referência é medir o potencial do casco, com o navio parado ou em movimento, sendo
que a leitura pode ser observada no milivoltímetro apropriado, instalado no painel do
transformador/retificador (Com o navio parado, as leituras podem ser feitas, também, com um
eletrodo de Ag/AgCl e um voltímetro portátil especial com alta resistência interna.);
– um dispositivo para a ligação elétrica eficiente do casco com a hélice do navio – mediante
escovas especiais permanentemente em contato com o eixo e eletricamente ligadas ao casco do
navio. Com a instalação desse dispositivo, garante-se a eficiente proteção a hélice, evitando
problemas de corrosão e cavitação em suas superfícies. A diferença de potencial entre o caso e a
hélice deve ser mantida abaixo de 20 mV;
– um dispositivo para a ligação elétrica eficiente do casco com a estrutura metálica do leme
– essa ligação é feita por intermédio de um cabo elétrico robusto, soldado ao caso e ao leme;
– blidagens para os anodos – com o objetivo de evitar danos à pintura do casco nas imediações
dos anodos, cada anodo inerte é instalado sobre uma blindagem, normalmente um revestimento
espesso de poliéster-fibra de vidro, ou à base de epóxi. Essa blindagem se estende a
aproximadamente 80 cm, a partir do perímetro do anodo, dependendo do sistema empregado
para cada navio;
– dispositivos para montagem dos anodos e dos eletrodos de referência – os cabos elétricos
que ligam o transformador/retificador aos anodos e aos eletrodos de referência, caminham
dentro de eletrodutos na parte interna do casco. Para a ligação dos anodos e dos eletrodos de
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referência aos cabos elétricos, são utilizadas caixas apropriadas (cofferdams), aprovadas pelas
sociedades classificadoras e soldadas na parte interna do casco, de modo a obter-se um conjunto
completamente estanque.
17.4.1 Quantidade de Corrente Necessária para o Sistema de Corrente Impressa
A quantidade de corrente necessária para a proteção do casco, em qualquer momento, é
automaticamente escolhida pelo dispositivo de controle do sistema por corrente impressa. Assim,
compete ao projetista do sistema apenas dimensionar a corrente máxima capaz de ser fornecida pelo
conjunto a ser instalado e, em função disso, escolher as características do transformador/retificador,
tipo e quantidade de anodos, sendo que, para tal dimensionamento, é comum considerar-se um valor
de 40 a 50 mA/m2 como densidade média de corrente possível de ser obtida para as condições
máximas de saída do transformador/retificador, dependendo das características e dimensões do
navio e do tipo de revestimento a ser usado.
17.5 COMPARAÇÃO ENTRE OS SISTEMAS GALVÂNICOS E POR CORRENTE
IMPRESSA
A tabela 17.3 compara as principais características de cada um dos sistemas de proteção
catódica normalmente utilizados para a proteção dos cascos dos navios.
TABELA 17.3
Características do Sistema Galvânico e por Corrente Impressa para o Casco de um Navio
 Sistema galvânico Corrente impressa
 1. Fonte de corrente Própria. Externa.
 2. Instalação. Mais simples. Menos simples.
 3. Penetrações no casco. Não necessário. Necessário.
 4. Soldas no casco. Necessário. Necessário.
 5. Isolamento elétrico entre Não deve existir. Necessário.
o anodo e o casco.
 6. Cabos elétricos. Não necessário. Necessário.
 7. Blidagem elétrica dos anodos Somente necessário para Necessário.
o caso de anodos de magnésio.
 8. Peso dos anodos. Grande. Pequeno.
 9. Número de anodos. Grande. Pequeno.
10. Uso em água doce. Limitado Sem problemas, com anodos
de titânio platinizado.
11. Manutenção do sistema.. Requer substituição Vida bastante longa
periódica dos anodos. do sistema.
12. Operação do sistema. Normalmente sem Requer que o retificador
problemas durante a vida permaneça sempre ligado.
útil dos anodos.
13. Custo inicial do sistema. Relativamente baixo, Econômico para médios
principalmente para e grandes navios.
pequenos navios.
14. Custo ao longo dos anos O custo aumenta devido Econômico, comparado
à necessidade periódica com duas ou três
de substituição dos anodos. substituições dos anodos
galvânicos.
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17.6 INFLUÊNCIA DO REVESTIMENTO DO CASCO SOBRE AS CONDIÇÕES DE
OPERAÇÃO DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA
As condições de proteção catódica do casco do navio são extremamente influenciadas pela
qualidade e tipo do revestimento protetor aplicado, sabendo-se que, quanto melhor as suas
características protetoras, mais fácil se torna a distribuição de corrente nas superfícies a serem
protegidas e mais econômico fica o sistema de proteção catódica, em fnção da menor quantidade de
corrente requerida para a obtenção dos potenciais de proteção. Com o auxílio de um sistema de
proteção catódica bem dimensionado, consegue-se proteção integral do aço, mesmo se a aplicação
de qualquer revestimento, mas a condição de m aior economia é obtida mediante a aplicação de um
bom esquema de revestimento complementado com proteção catódica. Entende-se como um bom
esquema de revestimento, para o caso dos cascos de navios, a aplicação de tindas de boa qualidade
(as tintas à base de epóxi estão sendo utilizadas, com excelentes resultados, nos últimos anos), de
forma correta, sendo que o preparo da superfície influi grandemente nos resultados obtidos.
Assim sendo, a aplicação de um bom revestimento no casco permite diminuir a densidade de
corrente necessária para a proteção catódica desde valores tão altos quanto 250 mA/m2 (aço nu) até
valores tão baixos quanto 1,8 mA/m2 (revestimento novo, bem aplicado).
Com relação às incrustações de organismos marinhos na superfície do casco, extremamente
prejudiciais às condições de operação do navio, devido ao aumento do atrito casco/água que
provocam, as experiências mostram que o cloro gerado nas superfícies dos anodos é suficiente para
evitar o seu aparecimento apenas nas imediações dos mesmos, não atuando nas incrustações do
restante do casco, uma vez que o cloro se dissolve na água do mar. Por essa razão, o revestimento
anti-fouling, normalmente utilizado, não pode ser dispensadopara os cascos, mesmo com proteção
catódica. Por outro lado, em condensadores protegidos catodicamente, onde a quantidade de água
envolvida é muito menor, o cloro produzido fornece efeitos benéficos, reduzindo extremamente as
incrustações marinhas nas superfícies metálicas.
17.7 INFLUÊNCIA DAS CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO DO SISTEMA DE PROTEÇÃO
CATÓDICA SOBRE O REVESTIMENTO
As experiências demonstram que, para as superfícies do casco, potenciais de superproteção
causam efeitos indesejáveis no revestimento e, por isso mesmo, devem ser evitados.
A liberação do hidrogênio na superfície do metal, ao atingir determinados valores, que podem
ser controlados pelos potenciais casco/água, provocam empolamento e eventual remoção da
película de tinta.
Assim sendo, tanto os sistemas galvânicos quanto os por corrente impressa devem ser
dimensionados e/ou controlados de tal maneira que potenciais de superproteção não sejam
atingidos.
Os valores desses potenciais dependem do tipo de revestimento utilizado, recomendando-se, para os
casos dos navios, que os potenciais da tabela 17.4 não sejam alcançados.
TABELA 17.4
Potenciais Casco/Água a Partir dos quais Começam a Aparecer Problemas de Empolamento no
Revestimento
Revestimento Volts (Ag/AgCl)
A óleo –0,8 a –1,0
Aluminio (betuminoso) –1,1
Borracha clorada –1,1
Vinil –1,1 a –1,2
Coal-tar/epóxi –1,6
Epóxi –2,0
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17.8 CONCLUSÃO
Pelo que foi exposto, conclui-se que a proteção catódica, aplicada em complementação aos
revestimentos protetores, constitui-se no único meio eficiente para assegurar a proteção contra a
corrosão dos cascos, tanques de lastro e equipamentos navais. Para o caso específico das superfícies
externas do casco, a proteção catódica, bem controlada, além de garantir a ausência de corrosão,
contribui para a manutenção de superfícies lisas, sem rugosidades nas chapas e no revestimento,
permitindo o melhor desempenho do navio, com um mínimo consumo de combustível.
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CAPÍTULO 18
Proteção Catódica de Estações de Tratamento de Água, Esgotos e Efluentes Industriais
18.1 INTRODUÇÃO
As estações de tratamento são constituídas de grandes tanques de concreto onde são
instaladas, para permitir a movimento e o tratamento de água, do esgoto ou dos efluentes, várias
estruturas construídas em aço carbono e outros materiais, como as ligas de cobre e de alumínio.
Essas estruturas metálicas, de vários formatos e dimensões, são os rastelos giratórios, os
pantógrafos, as cortinas vertedouras, os anteparos, os baffles periférios, os baffles centrais, as caixas
de escuma, as lâminas escumadoras, os escumadores superficiais, as lâminas raspadoras, os
suportes, as escadas, os braços raspadores, os carretéis, os vertedouros, os conjuntos de rodas, as
válvulas e vários outros dispositivos com as mais diversas denominações.
Essas instalações são construídas com o auxílio de chapas, perfis, tubos, parafusos, placas,
cabos de aço, porcas, aruelas, curvas, braçadeiras, pinos, rebites etc., todos de aço carbono, pintados
à base de epóxi, ou galvanizados, como é o caso dos parafusos, porcas, aruelas e cabos de aço.
A pintura usada para proteger essas instalações contra a corrosão, por melhor que seja
especificada e aplicada, não consegue fornecer proteção integral a todas as peças que, devido a seus
formatos irregulares, ponteagudos e com frestas, são de difícil limpeza, aplicação e aderência da
película de tinta.
Além disso, os revestimentos de tinta, mesmo à base de epóxi, possuem poros, falhas,
absorvem umidade e envelhecem com o passar do tempo, deixando o material metálico exposto aos
processos corrosivos.
Os sistemas de proteção catódica são, dessa maneira, requisito indispensável para
complementar a proteção fornecida pela pintura e garantir proteção integral contra a corrosão de
rigorosamente todas as superfícies metálicas submersas.
18.2 PROTEÇÃO CATÓDICA GALVÂNICA
A proteção catódica galvânica para esses casos, é feita mediante a fixação, nas estruturas
metálicas, de barras de liga de magnésio, alumínio ou zinco, que possuem potencial mais negativo
que o aço. Essas barras possuem formato alongado, com um comprimento variável de 10 cm a 10
m, seção reta circular ou em formato de “U” com diâmetro da ordem de 1/2 a 1” e são capazes de
liberar corrente para o aço. Essas barras galvânicas, ou anodos galvânicos, possuem uma alma de
aço que é fixada por meio de solda (elétrica ou cadweld) na estrutura de aço a ser protegida.
As ligas de magnésio, alumínio ou zinco utilizadas possuem composição química
apropriada, normalizadas por instituições técnicas ou pelos fabricantes. As ligas de zinco, por
exemplo, devem seguir a norma da ABNT NBR-9358 – Anodos de Liga de Zinco para Proteção
Catódica – Especificação, ou a especificação americana MIL-A-18001-J.
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Foto 18.1 – Sistema de tratamento de efluentes em uma fábrica de celulose.
As ligas de magnésio e de alumínio possuem composição química que varia de fabricante
para fabricante. Todas as ligas, entretanto, para serem eficientes, não podem conter teores acima de
certos percentuais em peso (normalmente 0,002% a 0,005%) para alguns componentes importantes
como o ferro, o chumbo, o cobre e o níquel.
As características mais importantes dessas ligas são a eficiência eletroquímica (%), a
capacidade de corrente (A.h/kg), o potencial estático referido à meia-célula de Ag/AGCl (V) e o
peso específico (g/cm3), conforme mostrado no capítulo 6.
Os anodos galvânicos são distribuídos ao longo de todas as instalações a serem protegidas,
de modo a propiciar uma boa distribuição da corrente de proteção catódica.
A quantidade de corrente liberada por cada anodo galvânico é função do formato, de suas
dimensoes e da resistividade elétrica do eletrólito, podendo ser calculada com facilidade.
A quantidade total de corrente a ser utilizada para a proteção integral de todas as estruturas
metálicas submersas de uma determinada estação de tratamento é função da área a ser protegida, do
revestimento aplicado, da resistividade elétrica do eletrólito (água, esgoto ou efluente) e da
movimentação relativa do eletrólito em relação às estruturas metálicas.
O anodo galvânico, ao liberar a corrente de proteção, se consome. Torna-se necessário,
dessa maneira, que sua vida seja calculada com razoável precisão, o que pode ser conseguido
facilmente, levando-se em consideração que essa vida depende do material do anodo, do seu
formato, das suas dimensões e do seu peso. Dessa maneira, podemdo escolher o tempo de duração
dos anodos, aumentando-se ou diminuindo-se a sua quantidade e o seu peso.
18.8 PROTEÇÃO CATÓDICA POR CORRENTE IMPRESSA
A proteção catódica por corrente impressa é usada quando se deseja proteger grandes
estações de tratamento, onde a corrente de proteção catódica necessária é superior a 5 A.
Nesse processo, a diferença de potencial entre os anodos e as estruturas metálicas é
garantida por um retificador de corrente contínua, construído e dimensionado especialmente para
essa finalidade.
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Os anodos são fabricados em barras de um material inerte, como as ligas de ferro-silício-
cromo, chumbo-antimônio, prata ou hastes de titânio com revestimento de platina, que são as mais
utilizadas.
Os anodos inertes são fixados normalmente às paredes de concreto dos tanques e locados de
modo a garantir uma distribuição de corrente uniforme às estruturas metálicas.
O retificador de corrente utilizado é constituído basicamente por um transformador, uma
coluna retificadorade diodos de silício, um voltímetro e um amperímetro. O equipamento,
alimentado por um circuito de corrente alternada (110 ou 220 V), possui o terminal negativo ligado
nas estruturas metálicas (que precisam ser eletricamente contínuas) e o terminal positivo ligado aos
anodos inertes.
A corrente de injeção pode, dessa maneira, ser facilmente aumentada ou diminuída, de
acordo com as necessidades, mediantes ajustes nos taps de regulagem do retificador.
Mediante tal instalação, consegue-se um fluxo de corrente permanente e uniforme que sai do
retificador pelo terminal positivo, passa pelos cabos elétricos e pelos anodos, entra no eletrólito e
alcança as estruturas metálicas, retornando pelo cabo elétrico ligado ao terminal negativo do
equipamento.
O fluxo de corrente, assim dirigido sobre as superfícies metálicas submersas, elimina
totalmente os processos corrosivos.
18.4 VERIFICAÇÃO DO FUNCIONAMENTO DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA
Para verificar se realmente o sistema de proteção catódica galvânico, ou por corrente
impressa, está protegendo todas as superfícies metálicas submersas, basta medir os potenciais das
estruturas metálicas em relação ao eletrólito.
Isso pode ser feito facilmente, em qualquer ocasião, com o auxílio de um voltímetro portácil
com alta resistência interna (100.000 ohm/V) e uma meia-célula de Ag/AgCl (prata/cloreto de
prata), conforme mostrado esquematicamente na figura 18.1.
Figura 18.1 – Medição do potencial aço/eletrólito nas unidades de tratamento com proteção catódica.
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18.5 CUSTO
O custo da implantação de um sistema de proteção catódica para todas as instalações
metálicas submersas de uma estação de tratamento, a despeito do grande benefício conseguido, é
extremamente baixo, situando-se entre 1% 3 5% do custo de construção das unidades, incluindo-se
o tanque e os dispositivos de tratamento.
18.6 CONCLUSÃO
As estruturas metálicas submersas das estações de tratamento de água, esgotos e efluentes
sofrem ataque corrosivo severo, devido às características agressivas do eletrólito onde são
merglhadas.
Rotineiramente, essas instalações são revestidas com o auxílio de um esquema de pintura à
base de epóxi. Esse revestimento, entretanto, por melhor que seja especificado e aplicado, possui
poro, falhas, absorve umidade e envelhece com o passar do tempo, não conseguindo garantir
proteção eficiente e duradoura contra a corrosão.
Nestas condições, para uma perfeita conservação das estruturas, é essencial a utilização de
sistemas de proteção catódica, em complementação ao esquema de pintura.
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CAPÍTULO 19
Proteção Catódica de Plataformas Fixas de Petróleo
19.1 INTRODUÇÃO
A produção de petróleo no mar exige vultosos investimentos, especialmente em se tratando
de lâminas d’água profundas e de estruturas de grande porte. O meio ambiente dessas instalações é
extremamente agressivo em termos de corrosividade, impondo a necessidade de adoção de medidas
de controle anti-corrosivo, sem o que sua integridade e segurança estariam comprometidas. A
solução adotada é a proteção catódica, que permite um completo controle dos processos corrosivos
atuantes sobre as superfícies metálicas enterradas ou submersas da plataforma.
Nesse capítulo apresentamos os procedimentos básicos utilizados no dimensionamento de
sistemas de proteção catódica de plataformas fixas de produção de petróleo. Para outros tipos de
estruturas offshore, os procedimentos utilizados são semelhantes aos aqui descritos.
19.2 LEVANTAMENTO DE DADOS PARA O PROJETO
Para um dimensionamento adequado do sistema de proteção catódica de uma plataforma
marítima, é necessário ter-se um perfeito conhecimento das propriedades físico-químicas da água
do mar e do leito marinho e das características da estrutura a ser protegida. Esses dados poderão ser
obtidos por meio de consulta aos desenhos de fabricação, especificações de montagem,
levantamento de dados no campo e experiência prévia com outras estruturas na mesma região. Os
principais parâmetros a serem obtidos são apresentados a seguir.
19.2.1 Parâmetros Associados à Estrutura
– Área e localização das superfícies a proteger.
– Tipos de revestimentos especificados.
– Temperatura de operação dos dutos de interligação, condutores etc.
– Potencial de proteção.
– Geometria da estrutura.
– Cronograma de montagem.
– Disponbilidade de energia elétrica.
– Vida útil prevista para a estrutura.
– 
19.2.2 Parâmetros Associados ao Meio Ambiente
Os principais dados necessários paa a avaliação da agressividade do meio ambiente marinho
são os seguintes:
– temperatura;
– teor de oxigênio;
– composição química da água do mar;
– resistividade elétrica;
– velocidade e turbulência das correntes marinhas;
– pH;
– erosão;
– sólidos em suspensão;
– atividade biológica no solo marinho;
– densidades de corrente de proteção;
– profundidade da lâmina d’água;
– profundidade prevista para a cravação de estacas;
– pesquisa de fontes de correntes de interferência;
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– suscetibilidade à formação de depósitos calcários;
– necessidade de monitoração permanente;
– experiência prévia com outros sistemas de proteção catódica operando na mesma região.
19.2.3 Parâmetros Associados aos Sistemas de Proteção Catódica
Esses parâmetros são abordados nos itens 19.9 e 19.10.
19.3 CRITÉRIO DE PROTEÇÃO
O principal critério de proteção utilizado para as plataformas marítimas fixas e demais
estruturas offshore é a polarização das partes enterradas e submersas da estrutura a potenciais iguais
ou inferiores a –0,80 V, medidos com referência à semi-célula de Ag/AgCl. É necessário, contudo,
evitar-se a ocorrência de potenciais muito neativos, para resguardar a estrutura contra risco de
fragilização pelo hidrogênio ou de redução da resistência à fadiga. A tabela 19.1 apresenta os valoes
utilizados na prática.
TABELA 19.1
Potenciais de Proteção Estrutura/Eletrólito (Volts)
Metal Eletrodo de referência
Cu/CuSO4 Ag/AGCl Zn
Aço carbono em meio aeróbico:
a) limite superior –0,85 –0,80 +0,25
b) limite inferior –1,10 –1,05 +0,00
Aço carbono em meio anaeróbico:
a) limite superior –0,95 –0,90 +0,15
b) limite inferior –1,10 1,05 +0,00
Aço carbono de alta resistência (limite
de resistência à tração superior a
700 N/mm2:
a) limite superior –0,85 –0,80 +0,25
b) limite inferior –1,00 –0,95 +0,10
Observações:
1) Os valores acima são considerados isentos de quda ôhmica no eletrólito.
2) Os potenciais indicados são válidos para temperaturas ambiente entre 5 ºC e 25 ºC. para faixas
de temperatura entre 25 ºC e 100 ºC, os potenciais acima devem ser corrigidos subtraindo-se 1
mV/ºC.
3) Os potenciais medidos com referência à semi-célula de Ag/AgCl são afetados pelo teor de
cloretos presente na água do mar. Os valores obtidos em locais cuja resistividade elétrica seja
significativamente diferente de 25 ohm cm deverão ser corrigidos adequadamente.
19.4 VIDA ÚTIL DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA
Normalmente, a vida útil do sistema de proteção catódica deve ser igual à vida útil prevista
para a estrutura. O projetista deve ter em mente que o elevado custo dos tabalhos submarinos,
especialmente no caso de procedimentos de mergulho hiperbárico, inviabiliza a substituição ou a
instalação de novos materiais para o sistema de proteção catódica e, assim, o sistema instalado deve
ser definitivo.
Em alguns casos especiais, o projeto poderá prever a instalação de dispositivos que permitam o
aumento da capacidade de corrente instalada.
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19.5DENSIDADES DE CORRENTE DE PROTEÇÃO
A densidade de corrente de proteção é determinada em função das características do meio
ambiente onde será instalada a plataforma. Para estruturas de aço sem revestimento e submersas, a
densidade de corrente requerida para a proteção deverá diminuir com o tempo, devido à formação
de depósitos calcáreos causada pela corrente de proteção catódica. Para estruturas revestidas,
entretanto, a densidade de corrente de proteção poderá aumentar com o tempo, à medida que o
revestimento envelheça. A densidade de corrente de proteção poderá, também, ser obtida a partir da
experiência prévia com estruturas semelhantes operando na mesma região.
A densidade de corrente elétrica de proteção poderá variar também em função da
temperatura. Para tubulações e dutos de interligação transportando óleo ou gás quente, observa-se
um aumento da densidade, da ordem de 1 mA/m2, em função da diferença de temperatura entre o
gás ou óleo transportado e o meio ambiente.
19.6 ESCOLHA DO TIPO DE SISTEMA
O principal critério a nortear a escolha do tipo de sistema ser utilizado é o da confiabilidade
do sistema. O projetista deve ter sempre em mente que qualquer defeito ou dano ao sistema de
proteção catódica de uma plataforma submarina será de difícil e dispendioso reparo, o que poderá
pôr em risco a segurança e a durabilidade da estrutura.
Podem ser utilizados tanto sistemas galvânicos quanto sistemas por corrente impressa. AS
principais características de funcionamento, bem como as vantagens de cada um desses sistemas já
foram analisadas no capítulo 5.
19.7 ISOLAMENTO ELÉTRICO
Para não prejudicar a distribuição de correntes, todas as estruturas metálicas em contato
elétrico com a plataforma e que não estejam integradas ao sistema de proteção catódica deverão ser
isoladas eletricamente por um meio adequado. Os dutos de interligação devem ser isolados da
plataforma e protegidos catodicamente, em separado.
19.8 CORRENTES DE INTERFERÊNCIA
Em condições normais, as únicas correntes de interferência que poderão afetar as
plataformas são as provenientes das operações de montagem da estrutura do convés. Isso ocorrerá
caso as máquinas de solda estejam instaladas numa embarcação de apoio com o negativo aterrado
ao casco dessas embarcação. Nesse caso, o retorno da corrente das máquinas de solda dar-se-á pelo
eletrólito (água do mar), com saída de corrente na interface estrutura/meio.
Esse tipo de interferência é eliminado isolando-se os negativos das máquinas de solda em relação à
embarcação e forçando-se o retorno da corrente por intermédio dos cabos negativos ligados à
plataforma.
19.9 SISTEMAS GALVÂNICOS
Os sistemas galvânicos, dada a sua confiabilidade, têm sido os mais utilizados na proteção das
plataformas fixas de petróleo. Esses sistemas apresentam, contudo, as seguintes desvantagens:
a) dada a elevada vida útil requerida para o sistema, é necessário utilizar-se anodos de massa
líquida muito elevada, cjos valores normalmente se situam entre 400 e 600 kg;
b) face à grande área de superfície exposta e à pequena capacidade de liberação de corrente dos
anodos, é necessário utilizar-se um grande número de anodos. A massa total desses anodos
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atinge a algumas centenas de toneladas, o que torna necessário o reforço estrutural da
plataforma;
c) o grande número de anodos utilizados torna trabalhosa a montagem do sistema;
d) dificuldade em monitorar-se a corrente liberada dos anodos;
e) dificuldade ou até mesmo impossibilidade de substituição dos anodos, em caso de dano ou falha
desses elementos.
19.9.1 Dimensionamento
As plataformas marítimas e dutos submarinos instalados em águas profundas requerem, face
à elevada vida útil necessária ao sistema de proteção catódica, um procedimento de cálculo mais
complexo que o utilizado tradicionalmente (ver capítulo 5). Os procedimentos atualmente utilizados
foram desenvolvidos a partir da experiência obtida com as bacias petrolíferas do Mar do Norte.
O dimensionamento pode ser feito com o auxílio de sofisticados programas de computador,
baseados em métodos numéricos, tais como diferenças finitas, elementos finitos etc., ou de acordo
com o método tradicional, modificado de forma a atender às exigências do meio ambiente offshore,
conforme explicado a seguir.
a) Cálculo das Áreas
A partir dos desenhos de construção são avaliadas as áreas submersas e enterradas de todos
os componentes da jaqueta. O cálculo é feito para cada elemento, em função do tipo de membro da
estrutura e sua respectiva localização, de acordo com as condições a seguir.
• Áreas submersas:
– áreas localizadas ab aixo da zona de variação de maré e acima do leito marinho;
– áeas externas dos segmentos de estaca não cravados e não cortados, slocalizados acima das
luvas;
– áreas da bandeja de lama;
– áreas situadas na zona de variação de maré, consideradas com uma redução de 50% do valor
efetivo.
• Áreas enterradas:
– área enterrada das estacas, considerando-se um comprimento máximo cravado de 100 m, ou
uma folga de corrente equivalente a até 10A por estaca;
– áreas relativas aos revestimentos dos poços, considerando-se um comprimento enterrado de 100
m, ou uma folga de corrente equivalente a até 10A por poço.
• Outras áreas:
– todas as estruturas metálicas em contato elétrico com a plataforma devem ser avaliadas;
– área da camada mais externa das armaduras das estruturas de concreto em contato elétrico direto
com a plataforma.
Principais componentes da plataforma a serem considerados:
• dutos de interligação;
• mesa;
• condutores;
• contraventamentos;
• pernas;
• tubos coletores de óleo;
• tubos de revestimentos;
• guias de estacas;
• luvas de estacas;
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• tubos “I” e tubos “J”;
• bandeja de lama;
• outros.
Foto 19.1. Anodos galvânicos instalados em uma plataforma de petróleo.
b) Determinação das Densidades de Corrente de Proteção
Para cada área calculada são utilizadas três densidades de corrente distintas, expressas em
mA/m2:
Din = densidade inicial de corrente necessária à polarização inicial da superfície “n”;
Dmn = densidade média de corrente utilizada para o cálculo da massa anódica necessária à
manutenção da polarização da superfície “n” durante a vida útil prevista para a estrutura;
Dfn = densidade final de corrente necessária à polarização ao término da vida útil prevista para o
sistema de proteção catódica. Esse valor pode ser estimado entre 3/4 e 2/3 da densidade inicial de
corrente.
A densidade média de corrente pode ser determinada a partir da densidade inicial de
corrente, de acordo co a seguinte fórmula:
]3–V2)1V(n[
)1–V(3
Di
Dm nn ++= l
onde:
V = vida útil do sistema (anos).
A tabela 19.2 indica alguns valores de densidades de corrente utilizados na prática.
TABELA 19.2
Densidades de Corrente mA/m2 para a Proteção Catódica de Aço Nu
Local Valor inicial Valor médio Valor final
Bacia de Campos 120 90 80
Armadura de concreto – 01* –
Tubulações enterradas 50 40 30
Dutos de interligação dentro de
colunas com água do mar corrente 180 140 120
Dutos de interligação dentro de
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colunas com água estgnada 120 90 80
Lama salina (na temperatura ambiente) 25 20 15
* O valor para as armaduras de aço do concreto refere-se apenas às necessidades de folga de corrente para cobrir as
perdas para essas estruturas.
c) Determinação das Densidades de Corrente para Superfícies Revestidas
Caso seja utilizado algum tipo de revestimento, os valores obtidos em (b) poderão ser
corrigidos, em função da eficiência prevista, de acordo com a seguinte fórmula:Dxr,n = Dxn (1 – Er)
onde:
Dxr,n = densidade de corrente para a superfície “n”, com revestimento do tipo “r”, conforme se
tratar de densidade inicial, média ou final (mA/m2);
Dxn = densidade de corrente para a superfície nua (mA/m2).
Er = eficiência do revestimento do tipo “r” (em fração decimal).
A tabela 19.3 fornece os valores adotados para a eficiência de alguns tipos de revestimentos.
TABELA 19.3
Eficiência de Alguns Tipos de Revestimento
Inicial Médio Final
(%) (%) (%)
Revestimento de tubulação com filme espesso 99 90 80
Sistema vinílico 98 80 50
Tintas betuminosas 98 80 50
Coal-tar epóxi 98 80 50
Os anodos utilizados para as plataformas marítimas fixas são normalmente de liga de zinco
ou de liga de alumínio, sendo mais comum a utilização destes últimos, por apresentar um menor
custo ampére-hora e uma capacidade de corrente muito superior à dos anodos de liga de zinco.
Convém observar que os anodos de zinco não devem ser utilizados para estruturas operando
em alta temperatura, pois podem sofrer corrosão intergranular ou, em determinados ambientes, os
potenciais do zinco podem ser tornar mais positivos que os do aço.
As principais características dos anodos necessários ao projeto são as seguintes:
d.1) Capacidade de corrente
A capacidade de corrente é uma característica da liga do anodo. Para fins de projeto podem
ser adotados os seguintes valores:
– anodos de liga de zinco: entre 740 e 815 Ah/kh;
– anodos de liga de alumínio: entre 2.200 e 2.800 Ah/kg.
d.2) Fator de Utilização
O fator de utilização é um parâmetro adimensional determinado em função da geometria do
anodo e do posicionamento da alma. Os valores normalmente adotados são os seguintes:
– anodos longos: 0,85 a 0,95;
– anodos-braçadeira: 0,70 a 0,80;
– anodos em forma de placa: 0,75.
d.3) Massa Líquida
Normalmente os anodos utilizados para as plataformas marítimas possuem massa líquida
elevada, sendo comum a utilização de até 600 kg. Os anodos utilizados para os dutos de interligação
estão normalmente na faixa de 100 a 180 kg.
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d.4) Potencial Eletroquímico
O potencial eletroquímico em circuito aberto, medido com referência à semi-célula de
Ag/AgCl para as ligas de zinco e de alumínio, está na faixa de –1,00 V a –1,05V. Para algumas
ligas de alumínio esse valor pode atingir a –1,10V.
e)Determinação das Correntes Drenadas pelos Anodos
Para cada tipo de anodo escolhido são determinadas duas intensidades de corrente:
Ii = intensidade inicial de corrente drenada, calculada considerando-se as dimensões iniciais do
anodo;
If = intensidade final de corrente drenada, calculada considerando-se as dimensões do anodo ao
término da vida útil do sistema.
O cálculo desses valores é feito segundo a Lei de Ohm:
R
V
I
∆
=
onde:
I = corrente liberada pelo anodo (A);
DV = força eletromotriz (V), dada pela diferença de potencial do anodo e do potencial de proteção;
R = resistência de contato anodo/eletrólito (ohm), calculada conforme indicado no capítulo 5.
f) Otimização do Formato dos Anodos Selecionados
A otimização do formato dos anodos escolhidos é feita mediante a comparação entre as
áreas protegidas por cada anodo durante a vida útil das estruturas, calculadas de acordo com o
seguinte:
Df
If
Af;
DmV760.8
FuCM
Am;
Di
Ii
Ai =
××
××
==
onde:
Ai =área protegida por um anodo durante a polarização inicial do sistema (m2);
Am =área média protegida por um anodo durante sua vida útil (m2);
Af =área potegida pelo anodo ao final da sua vida útil (m2);
C =capacidade de corrente do anodo (A.h/kg);
8.760=número de horas em um ano;
V =vida útil prevista paa o sistema de proteção catódica (anos);
Dm =densidade média de corrente para a superfície “n” (A/m2).
O formato mais econômico, para uma mesma massa e liga, será aquele para no qual os
valores calculados para Ai, Am e Af sejam aproximadamente os mesmos. A instalação de anodos
adicionais com dimensões reduzidas pode ser utilizada como recurso para satisfazer à alta demanda
inicial de corrente durante os dois ou três primeiros anos. Tal procedimento poderá ser mais
econômico do que encontrar um formato de anodo que satisfaça a todos os critérios.
g) Cálculo da Quantidade de Anodos
A determinação da quantidade mínima de anodos é feita de forma a atender-se
simultaneamente os requisitos de corrente inicial, média e final. Para cada áea calculada são
determinados os seguintes quantitativos:
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Af
S
Nf;
Am
S
Nm;
Ãi
S
Ni nnn ===
onde:
Ni = número de anodos necessários à polarização inicial da superfície “S”;
Nm = número de anodos necessários à manutenção da polarização;
Nf = número de anodos necessários à polarização da estrutura, ao final da vida útil do sistema;
S = área referente à superfície “n” (m2).
Para cada área deverá ser utilizado o valor referente ao maior número de anodos.
h) Distribuição dos Anodos
A distribuição criteriosa dos anodos é condição essencial para garantir o bom funcionamento
do sistema. Os principais fatores que devem ser considerados nessa distribuição são a corrente
drenada pelos anodos, a distância entre anodos e a estrutura, o tipo de revesgtimento, se existente, a
área a proteger e a geometria da estrutura. Em geral, a área protegida por um anodo pode ser
estimada de acordo com o seguinte:
– plataformas marítimas: 30 a 60 m2/anodo;
– dutos de interligação: 20 a 150 metros lineares/anodo.
Na distribuição dos anodos deve-se procurar localizá-los na estrutura de forma a garantir-se a rápida
polarização das soldas dos nós, que são pontos críticos para a resistência estrutural da plataforma.
i) Dimensionamento dos Suportes dos Anodos
Os suportes dos anodos devem ser capazes de atender às condições de carregamento durante
as operações de montagem, transporte, lançmento e operação.
j) Determinação da Vida Útil Teórica do Sistema
A vida útil teórica do sistema de proteção catódica pode ser avaliada com o auxílio da
seguinte fórmula:
)DmSn(760.8
FuCM
V
n×
×⋅
=
onde:
M = massa total de anodos no sistema (kg);
Sn = área da superfície “n” (m2);
C = capacidade de corrente do anodo (A.h/kg);
Fu = fator de utilização do anodo (fração decimal);
Dmn = densidade média de corrente para a superfície Sn
(mA/m2).
19.10 SISTEMAS POR CORRENTE IMPRESSA
A utilização de sistemas por corrente impressa, principalmente paa o caso de estruturas
metálicas em lâmina d’água superior a 30 m, tem sido relegada a um segundo plano. A experiência
com esse tipo de sistema mostra que são suscetíveis a falhas pouco tempo após sua energização,
havendo registro de falhas anteriores ao próprio início de operação do sistema. As principais causas
dessas falhas podem ser atribuídas aos seguintes fators:
– dificuldade de um posicionamento adequado dos anodos em termos de distribuição da corrente
de proteção;
– risco de superproteção localizada;
– interferência elétrica com outras estruturas;
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– falha na conexão entre cabo elétrico e anodo devido à penetração de umidade ou efeito de ponta;
– falha mecânica dos cabos elétricos dos anodos;
– deterioração do material de isolamento dos cabos elétricos;
– dano físico aos cabos elétricos e anodos provocado pela queda ou arrasto de materiais;
– curto-circuito entre depósito calcário e os anodos de corrente impressa;
– escolha inadequada de materiais;
– outros motivos.
A despeito desse problemas, a utilização de sistemas por corente impressa tem sido objeto
de constantes pesquisas, uma vez que a correta utilização desse tipo de sistema acarretará
substancial redução na quantidade de materiaise, principalmente, na massa total do sistema.
Por falta de disponibilidade de energia elétrica, os sistemas por corrente impressa não são postos em
operação imediatamente a instalação da jaqueta. Devem, portanto, ser complementados por um
sistema galvânico, dimensionado para operação durante o período em que o sistema por corrente
impressa permanecer inativo.
Em alguns casos, é comum instalar-se anodos galvânicos para proteger áreas que, devido a
efeitos de blindagem elétrica, não receberão uma densidade de corrente adequada.
19.10.1 Dimensionamento
Da mesma forma que nos sistemas galvânicos, o dimensionamento de um sistema por
corrente impressa pode ser feito por meio de métodos numéricos de computador, ou com o auxílio
das fórmulas práticas vistas no capítulo 5. Em qualquer caso, inexistem procedimentos
sistematizados do tipo “receita de bolo”.
Os sistemas por corente impressa apresentam uma distribuição de corrente deficiente, devido à
pequena quantidade relativa de anodos utilizados e sua proximidade com a estrutura. Para
compensar essa deficiência, o sistema deve ser projetado com uma capacidade de corrente entre
1,25 e 1,50 vez superior ao valor calculado para a demanda da corrente. É essencial que o projetista
procure obter uma distribuição uniforme da corrente de proteção.
19.10.2 Materiais
a) Retificadores
Os retificadores utilizados são normalmente automáticos, de corrente ou potencial
controlado, semelhantes aos utilizados para a proteção de navios. Para certas aplicações,
especialmente em lâminas d’água, inferiores a 30 m, poderão ser utilizados retificadores manuais.
b) Anodos
Podem ser utilizados quaisquer anodos de corrente impressa compatíveis com o meio
ambiente da instalação. Normalmente, os anodos mais eficientes para essa aplicação são os de
nióbio, titânio ou tântalo platinizados. Em qualquer caso, é essencial que a conexão entre os anodos
e os cabos elétricos seja impermeável e mecanicamente perfeita. As caracrerísticas dos principais
tipos de anodos utilizados nos sistemas por corrente impressa encontram-se no capítulo 6.
c) Cabos Elétricos
Os cabos elétricos utilizados devem ser compatíveis para utilização no meio ambiente de
instalação, não devem possuir emendas e devem ser protegidos por meio de eletrodutos.
19.11 SISTEMAS DE MONITORAÇÃO
Em algumas plataformas, para permitir-se um melhor acompanhamento operacional do
sistema de proteção catódica, são instalados sistemas de monitoração para os seguintes parâmetros:
– potencial estrutura/meio ambiente;
– potencial eletroquímico dos anodos;
– corrente drenada pelos anodos galvânicos.
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Os anodos galvânicos selecionados para monitoramento da corrente drenada são providos de
shunts de medição, que são interligados por meio de cabos elétricos a um painel de monitoração
instalado no convés da plataforma.
19.12 ACOMPANHAMENTO OPERACIONAL
Da mesma forma que em qualquer outro sistema de proteção catódica, é indispensável fazer-
se um acompanhamento constante do sistema instalado. Os elevados custos dos trabalhos
submarinos, contudo, inviabilizam a inspeção completa de todo o sistema. Deve-se estabelecer,
portanto, em função das características da estrutura, do meio ambiente de instalação, da qualidade
do sistema de proteção catódica e da experiência prévia com estruturas semelhantes, uma
programação de inspeção. Nessa programação são determinados os pontos considerados mais
críticos e que devem ser medidos periodicamente. Os dados obtidos na inspeção inicial serão úteis
para a confirmação ou redefinição dos pontos considerados críticos. Os principais parâmetros
medidos durante essas inspeções são os seguintes:
a) desgaste dos anodos;
b) potencial estrutura/solo;
c) potencial dos anodos galvânicos.
Foto 19.2 – Anodos galvânicos com dispositivos para monitoração.
A inspeção inicial é feita após a entrada em operação do sistema de proteção catódica, para
garantir que os potenciais do aço esteam dentro dos limites exigidos. Os prazos recomendados para
essa inspeção são os seguintes:
a) um ano, para os sistemas galvânicos;
b) um mês, para os sistemas por corrente impressa.
Um levantamento anual poderá ser feito por um dos seguintes métodos:
a) eletrodo de referência transportado por um mergulhador;
b) eletrodo de referência transportado por um veículo de controle remoto;
c) eletrodo de referência transportado por um submarino;
d) eletrodos de referência fixos.
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A seleção do método é feita em função de fatores, tais como acessibilidade, disponibilidade
de equipamentos e custo.
No caso de sistema por corrente impressa, os retificadores podem ser inspecionados
regularmente, anotando-se os dados fornecidos pelo seu painel.
Todos os dados obtidos durante as inspeções devem ser arquivados cuidadosamente. A
análise desses dados permitirá detetar as eventuais falhas do sistema e fornecerá subsídios para
determinar as ações corretivas cabíveis.
19.13 CONCLUSÕES
Os sistemas de proteção catódica são de fundamental importância para garantir a integridade
e a segurança das estruturas offshore.
Os sistemas galvânicos, dada a sua confiabilidade, são os mais utilizados para a proteção das
plataformas fixas de petróleo. Os sistemas por corrente impressa, contudo, poderão se tornar
predominantes caso seja possível garantir-se que terão um bom desempenho, sem falhas
prematuras.
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CAPÍTULO 20
Proteção Catódica de Pés de Torres de Linhas de Transmissão Elétrica
20.1 INTRODUÇÃO
Os pés das torres das linhas de transmissão elétrica são freqüentemente construídos de aço
galvanizado e estão sujeitos às mesmas condições de corrosão de outras instalações metálicas
enterradas, como as adutoras, os oleodutos, os gasodutos e as tubulações de um modo geral.
Quando uma tubulação é corroída, ocorrem furos nos tubos e o proprietário é imediatamente
advertido da presença de problemas sérios de corrosão, permitindo providências imediatas paa os
reparos necessários e a proteção catódica da linha. No caso dos pés das torres, entratanto, a primeira
indicação visível da ocorrência de corrosão pode ser quando da falha de uma ou mais torres, por
ocasião, por exemplo, de uma tempestade acompanhada de ventos fortes.
A galvanização das estruturas de aço dos pés das torres confere, normalmente, proteção
razoável contra a corrosão pelo solo por vários anos mas, quando a torres se encontra em solos
altamente corrosivos, ou onde existe aterramento elétrico ou contrapeso construídos com cobre nu,
a galvanização torna-se ineficiente muito antes da torre alcançar o final do seu período econômico
de vida.
Revestimentos adicionais (tintas) são utilizados, muitas vezes, para reduzir a corrosão pelo
solo, mas estão sempre sujeitos a danos mecânicos e normalmente possuem vida curta, não
resolvendo o problema.
A proteção catódica com anodos galvânicos (magnésio ou zinco), ou por corrente impressa,
torna-se, então, uma solução simples, econômica, prática e eficiente, eliminando a corrosão pelo
solo nas partes enterradas das bases das torres.
Embora a proteção catódica por anodos galvânicos, para esses casos, seja recomendada para solos
com até 10.000 ohm.cm de resistividade elétrica, as experiências demonstram que a maior parte dos
danos ocorre em solos com resistividade elétrica abaixo de 5.000 ohm.cm, sendo que, para locais
com menos de 1.000 ohm.cm, as conseqüências são desastrosas.
20.2 ATERRAMENTO ELÉTRICO
Quando as torres são aterradas com cabos elétricos de cobre, são criadas pilhas galvânicas
adicionais, devido à diferença de potencial que existe entre o aço e o cobre, ou entre ozinco da
galvanização e o cobre.
O uso de anodos de zinco e/ou hastes de aterramento de zinco (em substituição às de cobre)
proporciona, para esses casos, uma solução econômica e duradoura, evitando a corrosão do aço
galvanizado enterrado. O uso de anodos (hastes) de zinco em substituição aos materiais de cobre
(ou aço com revestimento de cobre) elimina as indesejáveis pilhas galvânicas causadas pelo cobre,
sendo inclusive recomendável esta substituição, mesmo para os sistemas já em operação e,
principalmente, quando o solo no local possui baixa resistividade elétrica. No capítulo 12
apresentamos mais algumas considerações e recomendações sobre o assunto.
20.3 INSTALAÇÃO DOS ANODOS GALVÂNICOS
Os anodos galvânicos são instalados envoltos em enchimento condutor (50% de gesso
hidratado e 50% de bentonita), sendo que a quantidade e dimensões dos anodos, bem como a
distância entre cada anodo e a estrutura, deverão ser definidas em função das dimensões das partes
enterradas das estruturas, do tratamento das superfícies (nuas, galvanizadas ou pintadas), da
existência ou não de aterramento elétrico com cobre e da resistividade elétrica do solo no local.
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20.4 INSTALAÇÃO DE SISTEMA POR CORRENTE IMPRESSA
Para a instalação de sistema por corrente impressa, torna-se necessária a existência de
alimentação elétrica em baixa tensão próxima à torre, exigência que muitas vezes inviabiliza esse
tipo de instalação.
Os anodos inertes, de ferro-silício ou ferro-silício-cromo, para os sistemas por corrente
impressa, devem ser instalados junto às torres, sendo possível a proteção de mais de uma torre a
partir de um único retificador.
20.5 CONCLUSÃO
Assim sendo, com o objetivo de garantir a completa segurança operacional (sob o ponto de
vista da corrosão pelo solo) das linhas de transmissão de energia elétrica construídas com torres
metálicas, os seguintes procedimentos devem ser adotados rotineiramente:
• realizar um levantamento criterioso das resistividades elétricas do solo, ao longo do traçado
da linha, principalmente nas imeditações da construção de cada uma das torres. Essas medições são
realizadas com eficiência pelo “Método dos Quatro Pinos” ou “Método de Wenner”, sendo
recomendável, para cada ponto, medições nas profundidades aproximadas de 1,5 m, 3,0 m e 4,5 m
do nível do solo;
• analisar os dados obtidos e verificar a necessidade e viabilidade técnicas de instalação do
sistema de proteção catódica;
• na hipótese da proteção catódica ser viável, definir a necessidade de sua utilização em todas
as torres, ou somente em algumas delas, sendo que, com base ainda nas medidas de campo, o
melhor sistema (galvânico ou corrente impressa) deverá ser escolhido, considerando-se os aspectos
técnicos e econômicos;
• para o caso da construção de novas linhas, procurar, sempre que possível, evitar a utilização
de componentes de cobre interligados às estruturas de aço, principalmente se a resistividade elétrica
do solo, no local, for baixa.
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CAPÍTULO 21
Proteção Catódica de Armaduras de Aço de Estruturas de Concreto
21.1 INTRODUÇÃO
Recentemente foi reconhecido que nem sempre o ambiente alcalino proporcionado pelo
concreto é capaz de garantir ao aço nele contido proteção contra a corrosão. A carbonatação e a
penetração de íons ácidos agressivos podem provocar a despassivação do aço, iniciando-se o
processo de corrosão. Em alguns casos, principalmente quando ocorre a penetração ou a
contaminação por íons cloreto, é impossível, na prática, fazer-se uma recuperação efetiva e
permanente da estrutura afetada. As técnicas tradicionais de recuperação não passam, nesses casos,
de mero paliativo, cuja aplicação terá que ser periodicamente repetida ao longo da vida útil restante
da estrutura.
Nosso propósito, neste capítulo, é o de apresentar uma introdução às técnicas básicas
utilizadas no emprego da proteção catócida como método de prevenção da corrosão das armaduras
do concreto, única técnica capaz de efetivamente deter a corrosão das armaduras provocada pela
contaminação de agentes agressivos, como os íons cloreto, sulfato etc.
21.1 HISTÓRICO
O emprego da proteção catódica para as estruturas de concreto esteve por muito tempo
limitado aos tanques e tubulações enterrados, de concreto armado ou protendido. Para essas
instalações, o esquema básico da p roteção é similar ao utilizado para as estruturas metálicas
convencionais. O desenvolvimento de novas técnicas para a proteção catódica de estruturas aéreas
de concreto teve início nos Estados Unidos, como única forma encontrada para controlar a corrosão
das armaduras das pontes e viadutos contaminados por cloretos. Esse problema foi muito agravado
no início dos anos 1960, devido à política adotada pelo FHWA (Federal High-Way Administration)
de manter as pistas de rolamentos livres de gelo, por intermédio do uso intensivo de sal.
As experiências iniciais com sistemas de proteção catódica para as armaduras das estruturas
de concreto datam de 1958. Contudo, somente em 1973 e 1974 seriam instalados os primeiros
sistemas nos Estados Unidos e Canadá, respectivamente. Esses sistemas iniciais, apesar de terem
funcionado com pleno êxito, apresentavam algumas restrições de uso decorrentes do fato de serem
compostos por materiais e equipamentos tradicionais de proteção catódica, adaptados de forma a
contornar as restrições impostas pelo concreto. A despeito desse fato, até o final de 1984 haviam
sido instalados nos Estados Unidos e Canadá, com algumas modificações, cerca de 60 desses
sistemas. No final desse período sugiram novos materiais, revestimentos condutores e anodos em
forma de malha expandida. Em grande parte devido ao êxito desses novos materiais, a partir dessa
época a proteção catódica para as estruturas aéreas de concreto tomou ímpeto, atingindo-se a marca
de 200 estruturas protegidas até 1987 e 300 até meados de 1988. Esse aumento vertiginoso no
número de sistemas existentes comprova a eficácia desse emergente novo campo de aplicação da
proteção catódica.
21.3 MECANISMO BÁSICO DA CORROSÃO DAS ARMADURAS NO CONCRETO
Em condições normais, o concreto apresenta um pH alcalino de cerca de 12,5. Nesse
ambiente, as armaduras entram em estado passivo, com uma taxa de corrosão virtualmente igual a
zero. Todavia, nem sempre essa condição prevalece, pois, sob a presença de sais, normalmente
cloretos, ou quando o cobrimento do concreto é carbonatado, o aço das armaduras torna-se
suscetível à corrosão. Os produtos resultantes da corrosão do aço ocupam um volume de cerca de
2,2 a 10 vezes superior ao volume ocupado pelo material original. Devido a esse aumento de
volume, aparecem enormes pressões, superiores a 15 Mpa, na interface entre o concreto e o aço,
que, por sua vez, provocam o fissuramento do concreto. O progressivo fissuramento e lascamento
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do concreto facilitam ainda mais a penetração de agentes agressivos e a difusão de oxigênio e de
CO2, acelerando cada vez mais o processo corrosivo, processo que culminará com o colapso da
estrutura.
A elevada alcalinidade do concreto resulta das reações de hidratação dos silicatos de cálcio
presentes no cimento. A carbonatação é o fenômeno pelo qual os hidróxidos alcalinos do cimento
reagem com o dióxido de carbono e outros gases ácidos, como SO2 e H2S, presentes na atmosfera,
reduzindo o pH do concreto. Caso a cobertura do concreto seja pequena, ou se o concreto não for de
boa qualidade, a carbonatação atingirá as armaduras, levando à corrosão generalizada desses
elementos metálicos. As taxas médias de penetração da carbonatação, observadas na prática, têm
sido de cerca de 1 mm/ano,