aula 12 proteção catódica

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CorrosãoCorrosão
 Professor: Almir Afonso da Silva
 Curso:Técnico de Nível Médio em Química
 Período: 3º
Proteção Catódica
Utilização:
Mecanismo:
Conceito:
Fatores que causam a redução da corrosão:
a) O metal se torna catódico em toda sua área;
b) Aumento do pH do meio;
c) Possível formação de películas passivantes.
Sistemas de Proteção Catódica
Para obtenção da proteção catódica, dois sistemas são 
utilizados, ambos baseados no mesmo princípio de 
funcionamento:
I – Proteção Catódica galvânica ou por ânodos de 
sacrifício.
II – Proteção catódica por corrente impressa ou 
forçada.
Proteção Catódica Galvânica
Escolhe-se um ânodo possuidor de um potencial mais 
negativo do que o do metal a proteger.
Tabela 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 (Gentil, pg 283).
Material Volt
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
Aço com carepa de laminação -0,20
Carbono, grafite, coque +0,30
Proteção Catódica Galvânica
Os ânodos devem satisfazer a certas exigências:
I – bom rendimento teórico da corrente em relação às 
massa consumidas.
II – A corrente não deve diminuir com o tempo.
III – O rendimento prático da corrente não deve ser muito 
inferior ao teórico.
Tabela 2: Composição química para anodos galvânicos - % 
em peso (Gentil, pg 284):
Metal Liga de Zn Liga de Mg Liga de Al
Alumínio 0,1-0,5 5,3-6,7
Cádmio 0,05-015 - -
Chumbo 0,006(máx) 0,02(máx) -
Cobre 0,005(máx) 0,02(máx) 0,006(máx)
Ferro 0,005(máx) 0,003(máx) 0,08(máx)
Índio - - -
Magnésio - -
Manganês - 0,15(mín) -
Mercúrio - - 0,035-0,50
Níquel - 0,002(máx) -
Silício 0,135(máx) 0,10(máx) 0,11-0,21
Zinco 2,5-3,5 0,35-0,50
Proteção Catódica Galvânica
Tabela 3: Aplicação típicas dos anodos galvânicos (Gentil, 
pg 284).
Ânodos Aplicações
Alumínio Estruturas metálicas imersas 
em água do mar
Magnésio Estruturas metálicas imersas 
em água doce, de baixa 
resistividade, ou enterradas 
em solos com resistividade 
elétrica até 3000 Ω.cm
Zinco Estruturas metálicas imersas 
em água do mar ou 
enterradas em solos com 
resistividade elétrica até 1000 
Ω.cm
Proteção Catódica Galvânica
Quando os ânodos de magnésio e zinco são enterrados no 
solo há necessidade de envolvê-los com um enchimento 
condutor (mistura de gesso, bentonita e sulfato de sódio).
Finalidades: 
- melhorar a eficiência de corrente do ânodo, fazendo com 
que o seu desgaste seja uniforme;
- evitar a formação de películas isolantes (fosfatos e 
carbonatos) na superfície do ânodo;
- absorver a umidade do solo.
Proteção Catódica por corrente impressa
- Há aplicação de um fluxo de corrente originário de uma 
fonte geradora de corrente contínua (uso de retificadores).
- Vantagens:
I) A fonte pode fornecer a corrente necessária.
II) É aplicável em estruturas em contato com eletrólitos de 
baixa (3.000 – 10.000Ω.cm), média (10.000 – 50.000Ω.cm), 
alta (50.000 – 100.000Ω.cm) e altíssima (> 100.000Ω.cm) 
resistividade.
- O ânodo inerte é geralmente envolto por enchimento 
condutor de coque metalúrgico moído.
Motivos:
I – Diminuir a resistência de aterramento, facilitando a 
passagem de corrente elétrica para o solo.
II – Diminuir o desgaste do ânodo, uma vez que o 
enchimento condutor bem compactado, a maior parte da 
corrente é descarregada diretamente do coque 
metalúrgico para o solo.
REAÇÕES ENVOLVIDAS
Inconvenientes
➢ Alta concentração de hidrogênio pode fragilizar o metal;
➢ Instalações com pinturas incompatíveis com o meio alcalino 
(saponificação de pinturas);
➢ Possibilidade de superproteção.
Comprovação da proteção
I) Expõem a superfície metálica e umedece-se um pedaço de 
papel de filtro com ferricianeto de potássio.
II) Cupom de teste: pequenos pedaços de aço similares ao da 
tubulação.
III) Medição do potencial:
- para o solo verifica-se a diferença de potencial da estrutura 
para solo – Eletrodo de Referência (Cu/CuSO
4
)
- para água do mar verifica-se a diferença de potencial da 
estrutura para a água – Eletrodo de Referência (Ag/AgCl)
Escolha do Sistema de Proteção Catódica 
Sistema Galvânico Sistema por corrente impressa
Não requer fonte externa de corrente 
elétrica.
Requer fonte externa de corrente 
elétrica.
Em geral, econômico para requisitos 
de corrente elétrica de até 5A.
Em geral, econômico para requisitos 
de corrente elétrica acima de 5A.
Manutenção mais simples. Manutenção menos simples.
Possui vida limitada. Pode ser projetado para vida 
bastante longa.
Necessita de acompanhamento 
operacional.
Necessita de acompanhamento 
operacional.
Somente para eletrólito de muito 
baixa resistividade elétrica, em geral 
de até 3000 Ω.cm.
Pode ser utilizado em eletrólitos com 
qualquer valor de resistividade 
elétrica, inclusive os de muito baixa 
resistividade.
Não apresenta problemas de 
interferência com estruturas 
estranhas.
Pode apresentar problemas de 
interferência com estruturas 
estranhas.
Não admite regulagem ou admite 
regulagem precária.
Pode ser regulado com facilidade.
Tabela 1: Gentil, Corrosão pg 288.
Levantamentos de campo para o 
dimensionamento de sistemas de Proteção 
Catódica 
I – A respeito da estrutura a ser protegida:
- tipo de material;
- existência de revestimentos e sua eficiência;
- área, forma;
- condições de operação;
- existência de correntes locais.
- etc.
Levantamentos de campo para o 
dimensionamento de sistemas de Proteção 
Catódica 
a) medição das resistividades elétricas.
- Informação utilizada para definir o tipo de proteção catódica a 
ser utilizado;
- Informação utilizada para definir o local de instalação do anodo.
II – Medição e teste de campo:
b) Medição dos potenciais estrutura/eletrólito.
- Informação utilizada para avaliar as condições de corrosividade 
a que está sujeita a estrutura metálica;
- Informação utilizada para verificar se a estrutura está protegida 
após instalação do mecanismo de proteção.
Levantamentos de campo para o 
dimensionamento de sistemas de Proteção 
Catódica 
c) Escolha dos locais para instalação dos anodos.
- Informação utilizada para obter a correta distribuição de 
corrente ao longo da estrutura;
- São escolhidos aqueles de fácil acesso para montagem e 
inspeção.
- Para casos de instalação de retificadores e anodos inertes, são 
escolhidos aqueles onde haja energia elétrica em corrente 
alternada.
d) Testes para a determinação da corrente necessária.
50m 50m
B CA
(-)
(+)
V V
Amperímetro
Fonte de CC Eletrodo de 
Referência
Eletrodo de 
Referência
Cama de anodos provisória
Determina-se a densidade de corrente elétrica (A/m2) necessária.
Exemplo
Sabendo-se que o diâmetro da tubulação acima é de 20cm e 
que o valor da corrente que protege o sistema é de 50A, 
responda:
a) Qual a densidade de corrente?
b) Qual a corrente impressa necessária para proteger uma 
tubulação de 800m de comprimento, sujeita às mesmas 
condições?
Obs: quando a estrutura metálica ainda não foi instalada, pode-se 
calcular a corrente impressa.
Levantamentos de campo para o 
dimensionamento de sistemas de Proteção 
Catódica 
d) Outros testes, medições e observações.
- medição do pH.
- pesquisa de corrosão por bactérias,
- etc.
E < -0,85V (Cu/CuSO
4
) 
E< -0,80V (Ag/AgCl) 
CRITÉRIOS DE PROTEÇÃO CATÓDICA
Voltímetro
tubo
Meia célula
fio do ponto de teste
ponto de teste
Dimensionamento de sistemas de Proteção 
Catódica 
Relacionar parâmetros: Resistividade do eletrólito; densidade de 
corrente elétrica; eficiência do revestimento aplicado.
I = A. Dc. F (1 - E)
I: corrente elétrica necessária.
A: área a ser protegida (m2).
Dc: Densidade de corrente elétrica, em mA/m2.
F: Fator de correção da velocidade.
E: Eficiência do revestimento.
Dc = 73,73 – 13,35 log ρ 
ρ: Resistividade do eletrólito.
I – Cálculo da corrente elétrica de proteção
Velocidade (m/s) F
1 1,00
2 1,11
3 1,17
4 1,22
5 1,24
6 1,25
7 e maior 1,27
Tipo Eficiência (%) Observação
Betuminosos
Asfalto Ei = 90 Ef = 75 Valores 
apenas 
médios para 
orientação. O 
Projetista do 
sistema de 
proteção 
catódica de 
certificar-se 
no campo se 
esses valores 
foram 
efetivamente 
conseguidos 
na prática.
Piche Ei = 95 Ef = 90
Fitas Plásticas 
(Camada)
Simples Ei = 50 Ef = 40
Dupla Ei = 60 Ef = 50
Tripla Ei = 70 Ef = 60
Tintas líquidas 400µm Ei = 90 Ef = 60
>600µm Ei = 94 Ef = 70
Espuma de 
poliuretano
Ei = 98 Ef = 95
Epóxi em pó 
(FBE)
Ei = 98 Ef = 95
Polietileno/Polipro
pileno
Simples Ei = 99 Ef = 97
Tripla 
camada
Ei = 
99,2
Ef = 97,5
Calculada a corrente de proteção, escolhe-se o tipo de sistema a 
ser utilizado.
I = ΔV/Rt
ΔV: diferença de potencial entre o anodo galvânico e a estrutura a 
proteger.
Rt = Rca + Rc + Ra
I deve ser maior ou igual a corrente necessária calculada.
II – Por anodos galvânicos 
Rca: Resistência do cabo de ligação entre anodo e estrutura.
Rc: Resistência estrutura (catodo)/eletrolito.
Ra: Resistência anodo/eletrolito.
V = M.C.0,85 / 8760.I
V: vida do anodo (anos).
M: massa do(s) anodo(s) (Kg).
C: Capacidade de corrente do anodo (A.h/Kg).
I: Corrente liberada pelos anodos (A).
0,85: fator de utilização dos anodos
III – Cálculo da vida dos anodos galvânicos 
Anodo Capacidade 
de Corrente 
(A.h/Kg)
Potencial em 
circuito 
aberto 
(Cu/CuSO
4
)
Massa 
específica 
(g/cm3)
Eficiência 
(%)
Zinco 740 -1,10V 7,2 90-95
Alumínio 2200-2844 -1,10V 2,8 75-95
Magnésio 1100 -1,60V 1,8 50-60
I: corrente de proteção – definida pelos retificadores/anodos a 
serem instalados.
ΔV: Tensão de saída do retificador
- instalações terrestres: 30V a 100V (i = 5 a 50A)
- instalações marítimas: 10V a 20V (i=50 a 400A).
Rt: resistividade total dos retificadores/anodos.
IV – Por Corrente impressa
I = ΔV/Rt
V = 0,85.M / D.I
D: Desgaste esperado do anodo.
V – Cálculo da vida dos anodos inertes
Material do 
Anodo
Densidade de 
corrente 
recomendada 
(A/m2)
Desgaste “D” 
(Kg/A.ano)
Grafite Até 5 0,40
Fe-Si Até 15 0,35
Fe-Si-Cr Até 15 0,35 (água do 
mar)
Titanio LIDA 
STRIP
Ampla faixa Desprezível
APLICAÇÕES
I – Proteção Catódica de tubulações Enterradas
Galvânica ou por corrente impressa?
a) Quando se utiliza a proteção galvânica tem-se:
- o anodo mais utilizado é o de magnésio ensacado em 
enchimento de gesso, bentonita e sulfato de sódio.
b) Quando se utiliza a proteção por corrente impressa tem-se:
- os anodos mais utilizados são os de titânio revestidos com 
óxidos mistos de metias mais nobres, grafite, ferro-silício e 
ferro-silício-cromo.
APLICAÇÕES
Exemplo:
Um gasoduto destinado ao transporte de gás natural possui as 
características seguintes:
Comprimento total: 140km;
Diâmetro nominal: 10 polegadas;
Material, aço API-5LX-46;
Revestimento externo, coal-tar (alcatrão de hulha), véu de 
fibra de vidro e papel feltro
As medições das resistividades do solo apontaram para uma 
média de 120.000 Ω.m.
APLICAÇÕES
a) Cálculo da corrente necessária: 
I = A.Dc.F (1-E)
Área: 
A = 2πR.C
A = 2.3,14.0,127m.140000m
A = 111658,4m2
Densidade de corrente elétrica 
Dc = 73,73 – 13,35 log ρ 
Dc = 73,73 – 13,35 log 120000 
Dc = 73,73 – 13,35. 5,0792
Dc = 5,922mA/m2
APLICAÇÕES
Cálculo da corrente necessária: 
I = A.Dc.F (1-E)
A = 111658,4m2 Dc = 5,922mA/m2
F = 1 E = 0,90
I = 111658,4m2 . 5,922mA.m-2 . 1 . (1-0,9)
I = 66123,8676 mA
I = 66123,8676 10-3A
I = 66,124A
APLICAÇÕES
b) Qual o sistema de proteção catódica a ser instalado? 
Levando em consideração o valor da resistividade do solo e 
da corrente necessária, instala-se o sistema de proteção 
catódica por corrente impressa.
c) Sabendo que o retificador deva trabalhar com 75% de folga, 
qual a corrente total necessária ser instalada? 
66,124A 75%
100%X
X = 88,165A 
APLICAÇÕES
e) Como verificar se o sistema de proteção funciona? 
d) Sabendo-se que os retificadores disponíveis possuem 
capacidade nominal de 30A, como proceder para a instalação? 
1Retificador 30A
88,165 An
n = 2,9388 
3 retificadores são necessários 
Voltímetro
tubo
Meia célula
fio do ponto de teste
ponto de teste
E < -0,85V (Cu/CuSO
4
) 
APLICAÇÕES
APLICAÇÕES
II – Proteção Catódica de tanques de armazenamento
a) Tanques de armazenamento de petróleo:
- Proteção com anodos galvânicos de zinco ou de alumínio.
Obs: Proteção externa - fundo do tanque em contato com o solo 
ou com base de concreto:
- utiliza-se corrente impressa, exceto para sólidos com baixa 
resistividade.
b) Tanques que armazenam água: 
- Proteção por corrente impressa com anodos de titânio.
APLICAÇÕES
III – Proteção Catódica de Navios e Embarcações
a) Navios de Pequeno e Médio Porte:
- Proteção com anodos galvânicos de zinco ou de alumínio.
Obs: Os anodos inertes são mais leves, mais baratos e possuem 
maior durabilidade.
b) Navios de Médio e Grande Porte: 
- Proteção por corrente impressa com anodos inertes.
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