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 em