Aula 11 Proteção catódica

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AULA 11 - PROTEÇÃO CATÓDICA
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO
CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIAS 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
Profª. Eliane Medeiros
Proteção Catódica
Princípio
A Proteção Catódica consiste em eliminar, por meio de
processo artificial, as áreas anódicas da superfície de uma
estrutura, fazendo com que toda ela adquira
comportamento catódico no meio corrosivo em que se
encontra.
Aplicações:
Oleodutos, gasodutos, minerodutos, adutoras, píer de
atracação, tanques, cabos telefônicos, redes de incêndio,
armaduras de aço do concreto, etc.
Proteção Catódica
Existem dois métodos de proteção catódica:
-Por anodos galvânicos (anodos de sacrifício);
-Por corrente impressa;
Em ambos deverá haver suprimento de corrente
suficiente para cessar as pilhas existentes na superfície
da estrutura, dependendo a escolha de um ou outro
método de diversos fatores técnicos e econômicos.
Proteção Catódica
Proteção Catódica Galvânica
Consiste no acoplamento intencional de um metal mais
ativo ao metal da estrutura que se quer proteger, de forma
que haja desgaste do metal mais ativo (anodo de
sacrifício), mantendo a estrutura como cátodo.
SOLDA E ISOLAMENTO
Evitar usar só massa epóxi para isolar a conexão!
SOLDA E ISOLAMENTO
Proteção catódica galvânica:
Série Galvânica Prática
Proteção catódica galvânica:
Composição química para anodos Galvânicos (% em peso)
Proteção catódica galvânica:
Aplicações típicas dos anodos Galvânicos:
Reações Envolvidas:
Área anódica: 
Mg → Mg2+ + 2e
Al → Al3+ + 3e
Zn → Zn2+ + 2e
Área catódica: 
H2O + ½ O2 + 2e → 2OH- (meio aerado)
2H2O + 2e → H2 + 2OH- (meio não aerado)
Proteção Catódica Galvânica
Anodo de Magnésio
Proteção Catódica Galvânica
Tipo Gesso 
hidratado 
(%)
Bentonita
(%)
Sulfato de 
sódio (%)
Resistividade 
(ohm.cm)
1 25 75 - 250
2 50 50 - 250
3 75 20 5 50
Composição de enchimento condutores para anodos galvânicos
Tipo 1- usado em solos de baixa umidade, pois a bentonita retém água;
Tipo 2- usado em condições gerais;
Tipo 3- usado em solos de alta resistividade .
Características de proteção catódica galvânica:
A) proteção de
tubulações enterradas.
B) proteção de chapa de
Aço mergulhada em um 
eletrólito
Características de proteção catódica galvânica:
- Usada para requisitos de corrente de proteção de até 5A,
ou seja, para pequenas estruturas;
- Usada para meios de baixa resistividade;
- Não funciona quando há correntes de interferência;
- Não permite regulagem da corrente injetada;
- É preciso repor os anodos após o consumo.
Exemplos de proteção catódica galvânica:
Proteção catódica por anodo de zinco em casco de navio: .
(a) vista inferior do navio em dique seco;
(b) fixação do anodo de zinco no casco do navio.
Exemplos de proteção catódica galvânica:
Proteção catódica galvânica para pier
Exemplos de proteção catódica galvânica:
Ânodo de sacrifício para proteção de armaduras de
estruturas de concreto armado
Proteção Catódica por Corrente Impressa
Liga-se a estrutura que se quer proteger ao terminal negativo de
um retificador de corrente continua e a corrente é dispersa
fazendo-se uso de um leito de anodos inertes.
ESQUEMA TÍPICO DE INSTALAÇÃO DE UM SISTEMA DE PROTEÇÃO
CATÓDICA PARA AS TUBULAÇÕES ENTERRADAS E FUNDOS DOS
TANQUES DE UMA PLANTA INDUSTRIAL
Anodo de Fe-Si-Cr
Aplicações de anodos inertes:
Reações envolvidas
Área catódica: 
H2O + ½ O2 + 2e → 2OH- (meio aerado)
2H2O + 2e → H2 + 2OH- (meio não aerado)
Área anódica: 
H2O → 2H+ + 1/2O2 + 2e
Para anodos de grafite: 
C + 3H2O → CO32- + 6H+
(ou C + O2 + H2O → CO32- + 2H+ + 4e)
Características do processo de proteção catódica por
corrente impressa:
- a resistividade do meio não oferece dificuldade;
- recomendado para estruturas de médio e grande porte;
- recomendado quando há corrente de interferência (ou fuga);
-permite regulagem;
-necessita de acompanhamento operacional;
-custo inicial maior;
-sujeito a interrupção (falta de energia elétrica) pode ocorre inversão de
polaridade (isso é catastrófico).
Aplicações comuns dos sistemas de corrente impressa:
Aplicações comuns dos sistemas de corrente impressa:
Medições e testes de campo:
Medição do potencial tubo/solo
Medições e testes de campo:
Testes para determinar a corrente necessária
Medições e testes de campo:
Testes para determinar a corrente necessária
PROTEÇÃO CATÓDICA - APLICAÇÃO
Medições e testes de campo:
Medição da resistividade do solo
Equipamento: TERRÔMETRO
DIMENSIONAMENTO DE SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA
1. Cálculo da Corrente Elétrica de Proteção
I = A . DC . F (1- E)
I = corrente elétrica (A)
A = área a ser protegida (m2)
DC = densidade de corrente (mA/m2)
F = fator de correção de velocidade
E = eficiência do revestimento.
Quando a corrente elétrica para proteção catódica de uma estrutura não
pode ser obtida no campo, ela precisa ser calculada.
DIMENSIONAMENTO DE SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA
Ø Densidade de corrente elétrica (Dc):
DC = 73,73 – 13,35log r
r = resistividade elétrica do eletrólito (W.cm)
Ø O fator de correção da velocidade (F):
é utilizado apenas quando existe
movimentação do eletrólito em relação a
estrutura:
Parâmetros envolvidos:
Ø Cálculo da área (A):
Considerar apenas a área em contato com o eletrólito.
Ø Eficiência do revestimento (E):
ANODOS GALVÂNICOS OU DE SACRIFÍCIO
2. Cálculo da resistência
t
VI
R
D
=
I = corrente elétrica de proteção (A)
DV= diferença de potencial entre o anodo 
galvânico e a estrutura a proteger (volts)
Rt = resistência total do circuito de proteção 
catódica (ohm).
O valor Rt pode ser calculado pela equação:
Rt = Rca + Rc + Ra
Rca = resistência do cabo elétrico (fornecida pelo fabricante).
Rc = resistência do contato entre a estrutura (catodo) e o eletrólito que a envolve 
(desprezível). 
Ra = resistência de contato entre o anodo e o eletrólito. Esta resistência depende 
basicamente do formato do anodo e da resistividade elétrica do eletrólito.
De acordo com a lei de Ohm:
ANODOS GALVÂNICOS OU DE SACRIFÍCIO
Ø Cálculo da resistência de um anodo cilíndrico instalado na posição
vertical:
Rv = resistência de um anodo vertical, em ohm.
r = resistividade elétrica do eletrólito, em W.cm.
L = comprimento do anodo, em pés.
d = diâmetro do anodo, em pés.
Obs.: Quando se usa enchimento condutor, os valores de L e d podem 
ser o comprimento e o diâmetro da coluna de enchimento
0,0052 8Rv 2,3log 1L
L d
r æ ö= -ç ÷
è ø
ANODOS GALVÂNICOS OU DE SACRIFÍCIO
ANODOS GALVÂNICOS OU DE SACRIFÍCIO
ØCálculo da resistência de um grupo de anodos
verticais, instalados em paralelo:
Ra = resistência dos diversos anodos verticais, em ohm.
N = número de anodo.
S = espaçamento entre anodos, em pés.
0,0052 8 2Ra 2,3log 1 2,31log0,656L L N
NL d S
r æ ö= - +ç ÷
è ø
ANODOS GALVÂNICOS OU DE SACRIFÍCIO
ØCálculo da resistência de um anodo cilíndrico, instalado
na posição horizontal:
Rh = resistência do anodo horizontal, em ohm.
p= dobro da profundidade do anodo, em pés.
2 2 2 2 24 40,0052Rh 2,3log 1
.
L L p L p Lp
L d p L L
r æ ö+ + +
= + - -ç ÷ç ÷
è ø
3. Cálculo da vida dos anodos galvânicos:
V = vida dos anodos (anos)
M = massa total de anodos (kg)
C = capacidade de corrente do anodo (A.h/kg) (tabela seguinte)
I = corrente liberada pelos anodos (A)
0,85 = fator de utilização do anodo (85%)
.0,85V
8.760.
MC
I
=
ANODOS GALVÂNICOS OU DE SACRIFÍCIO
ANODOS GALVÂNICOS OU DE SACRIFÍCIO
CORRENTE IMPRESSA OU FORÇADA 
Esse dimensionamento também obedece a lei de Ohm .t
VI
R
D
=
I = corrente elétrica de proteção (A) para cada conjunto retificador/cama ou
leito de anodos a ser instalado
DV= tensão de saída, em corrente contínua, do retificador (volts)
Rt = resistência total do circuito de um conjunto retificador/cama de
anodos.
Cálculo da vida dos anodos inertes:
V = vida dos anodos (anos)
M = massa total de anodos (kg)
D = desgaste esperado do anodo (kg/A.ano) 
I = corrente injetada pelo retificador (A)
0,85 = fator de utilização dos anodos (85%)
0,85V
.
M
D I
=
CORRENTE IMPRESSA OU FORÇADA 
Características dos anodos inertes
Exemplo:
Calcular a resistência total de aterramento de uma cama de anodos com 20
anodos de grafite (dimensões = 1.500mm x 75mm, peso = 12kg), instalados
na posição vertical, com enchimento condutor de coque metalúrgico moído
(dimensões = 3.000mm x 254mm), espaçados de 6m. Sabendo-se que a
cama de anodos será ligada a um retificador de 50V, 30 A, destinado a
proteger uma adutora, qual será a vida dos anodos de grafite para a
operação do retificador em carga máxima? A resistividade elétrica média,
medida no local de instalação dos anodos, é de 9.000W.cm.
0,0052 8 22,3log 1 2,3log0,656a
L LR N
NL d S
r æ ö= - +ç ÷
è ø
Ra: resistência dos diversos anodos verticais (ohm)
N: número de anodos
S: espaçamento entre os anodos
L: comprimento do anodo
d: diâmetro do anodo
Resposta:1,45 W
Exemplo (continuação):
A vida dos anodos pode ser calculada pela fórmula:
Resposta: V = 17 anos.
0,85V
.
M
D I
=
Proteção Catódica
Aplicações dos sistemas de proteção
catódica no Brasil
Ø Oleodutos, gasodutos, minerodutos, adutoras, tanques de
armazenamento, píeres de atracação de navios – a grande
maioria está protegida por corrente impressa;
Ø Emissários submarinos – os emissários submarinos de
esgotos, construídos em aço, estão protegidos com anodos
galvânicos ou com sistemas por corrente impressa;
Aplicações dos sistemas de proteção
catódica no Brasil
Ø Plataformas de petróleo – todas as plataformas de 
prospecção e produção de petróleo no mar, atualmente em 
operação empregam sistemas galvânicos, sendo os 
anodos de alumínio os mais utilizados;
Ø Navios – os navios e embarcações construídos em aço 
em operação no Brasil estão protegidos com anodos 
galvânicos ou por corrente impressa, dependendo das 
características de cada um;