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Meios Corrosivos Fonte: Gentil, 2007. Profa. Rita Superbi Universidade Federal de Viçosa Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas Curso de Engenharia Química ENQ 430 - Corrosão Pag 2 MEIOS DE CORROSÃO O ar contém umidade, sais em suspensão, gases industriais, poeira, etc. O eletrólito constitui-se da água que condensa na superfície metálica, na presença de sais ou gases presentes no ambiente. Outros constituintes como poeira e poluentes diversos podem acelerar o processo corrosivo. Atmosfera Pag 3 Atmosfera A ação corrosiva da atmosfera depende fundamentalmente dos fatores: • Umidade relativa; • Substâncias poluentes: particulados e gases; • Temperatura; • Tempo de permanência do filme de eletrólito na superfície metálica. Além destes fatores devem ser considerados os fatores climáticos como intensidade e direção dos ventos, variações cíclicas de temperatura e umidade e chuvas e insolação (radiações ultravioleta). Pag 4 Corrosão atmosférica Corrosão Atmosférica Pag 5 A poluição e a destruição dos monumentos e mobiliários urbanos Corrosão Atmosférica Pag 6 A poluição e a destruição dos monumentos e mobiliários urbanos Corrosão Atmosférica Pag 7 A corrosão atmosférica pode ser classificada em três tipos: Seca Úmida Molhada em função do grau de umidade na superfície metálica. Corrosão Atmosférica Pag 8 • Ocorre em atmosfera isenta de umidade sem qualquer presença de filme de eletrólito na superfície metálica. • Neste caso, tem-se uma lenta oxidação com formação de produtos de corrosão, podendo o mecanismo ser considerado puramente químico : caso do escurecimento de prata ou de cobre por formação de Ag2S e CuS, respectivamente, devido à presença de gás sulfídrico, H2S, na atmosfera ou meio ambiente. Corrosão atmosférica seca Corrosão Atmosférica Pag 9 • Ocorre quando a atmosfera apresenta umidade relativa menor que 100%, formando-se um fino filme de eletrólito depositado na superfície metálica. • A velocidade do processo corrosivo dependerá da umidade relativa, dos poluentes atmosféricos e higroscopicidade dos produtos de corrosão. Corrosão atmosférica úmida Corrosão Atmosférica Pag 10 • Quando os materiais estão em contato com uma atmosfera com umidade relativa perto de 100%. • Ocorre condensação na superfície metálica observando-se que a superfície fica molhada com o eletrólito como, por exemplo, chuva e névoa salina depositadas na superfície metálica. Corrosão atmosférica molhada Corrosão Atmosférica Pag 11 A composição nominal aproximada da atmosfera, excluindo impurezas, é dada na Tabela 1. Atmosfera Tabela 1. Composição nominal da atmosfera. Pag 12 • A maioria dos constituintes é relativamente constante, exceto os de vapor de água, que seguem as variações climáticas, estação do ano e localização. • Entre os outros constituintes, O2 e CO2 são importantes do ponto de vista de corrosão. O oxigênio dissolvido no eletrólito é o reagente catódico nos processos de corrosão. Além disso, desde que filmes eletrólitos são finos, a difusão de oxigênio através do filme, de uma interface para outra, é rápida. • A influência do CO2 é importante apenas no caso de uns poucos metais: por exemplo, na corrosão do Zn e, em uma extensão menor, na corrosão dos aços. Atmosfera Pag 13 As concentrações dos principais contaminantes na atmosfera estão apresentadas na Tabela 2. Contaminantes na atmosfera Tabela 2. Concentrações típicas de impurezas na atmosfera. Pag 14 Contaminantes na atmosfera Particulados As partículas sólidas, sob a forma de poeiras, existem na atmosfera e a tornam mais corrosiva, pois pode-se verificar: • Deposição de substâncias que retêm umidade, isto é são higroscópicas, acelerando o processo corrosivo, pois aumentam o tempo de permanência da água na superfície metálica, como por exemplo, o cloreto de cálcio e o cloreto de magnésio; • Deposição de sais que são eletrólitos fortes, como o sulfato de amônio (proveniente da reação entre amônia e óxidos de enxofre presentes na atmosfera) e também de NaCl (ação corrosiva de atmosferas marinhas). Pag 15 Estátua de Pedro Álvares Cabral (RJ) com a característica pátina esverdeada, de sais de cobre, devida à atmosfera salina. Contaminantes na atmosfera Pag 16 Contaminantes na atmosfera Cúpula do Teatro Municipal (RJ) com a pátina esverdeada. Pag 17 Contaminantes na atmosfera Particulados • Deposição de material metálico: se a natureza química do material depositado for diferente daquela da superfície sobre a qual estiver depositado, poderá ocorrer formação de pilhas de eletrodos metálicos diferentes, com conseqüente corrosão galvânica; Pag 18 Contaminantes na atmosfera Particulados • Deposição de partículas sólidas que, embora inertes para o material metálico, podem reter sobre a superfície metálica gases corrosivos existentes na atmosfera ( caso de partículas de carvão que, devido ao seu grande poder de adsorção, retiram gases de atmosferas industriais, os quais com a umidade formam substâncias corrosivas como o ácido sulfúrico e o nítrico. Pag 19 • Um tipo de contaminante atmosférico são as partículas salinas de cloreto de sódio. A atmosfera marinha está carregada com partículas de cloreto de sódio trazidas pelo vento e depositada nas superfícies expostas. • A quantidade de contaminação em sal é grandemente afetada pelos ventos (intensidade e direção). • O sal marinho, contém quantidades apreciáveis de íons de potássio, magnésio e cálcio que são higroscópicos. O íon Cl- é agressivo aos aços inoxidáveis, provocando corrosão por pites. Atmosfera marinha Contaminantes na atmosfera Pag 20 Particulado vermelho de óxidos de ferro em atmosfera industrial siderúrgica. Corrosão Atmosférica Pag 21 Particulado vermelho de óxidos de ferro em atmosfera industrial siderúrgica Corrosão Atmosférica Pag 22 Contaminantes na atmosfera Gases Além dos gases constituintes da atmosfera, principalmente oxigênio e nitrogênio, são freqüentemente encontrados: monóxido de carbono, CO; dióxido de carbono, CO2; ozônio,O3; dióxido de enxofre, SO2; trióxido de enxofre, SO3; monóxido de nitrogênio, NO; dióxido de nitrogênio, NO2; e, em áreas mais localizadas: gás sulfídrico, H2S; amônia, NH3; cloreto de hidrogênio, HCl; fluoreto de hidrogênio, H2F2; e cloro, Cl2. Pag 23 Contaminantes na atmosfera Dióxido de carbono • O gás carbônico, juntamente com o monóxido de carbono, são normalmente originados da queima de combustíveis, como os hidrocarbonetos (gasolina, óleo) e carvão. • Em temperaturas normalmente encontradas em atmosferas ambientais, não costumam ser corrosivos para materiais metálicos, embora o gás carbônico forme H2CO3, ácido fraco. • Entretanto, gás carbônico e umidade ocasionam a carbonatação de concreto, responsável pela deterioração deste material. Pag 24 Contaminantes na atmosfera Ozônio O ozônio é prejudicial para elastômeros, como a borracha, que sob ação prolongada desse gás sofre oxidação, perdendo sua elasticidade e chegando a ficar quebradiça. Pag 25 Contaminantes na atmosfera Dióxido de enxofre O dióxido de enxofre, SO2 e o trióxido de enxofre, SO3, são os mais freqüentes constituintes corrosivos de atmosferas industriais, em razão de as indústrias usarem óleos combustíveis contendo geralmente 3 a 4% de enxofre. Estes gases formam, com a umidade presente no ar, respectivamente, ácido sulfúrico e ácidosulfídrico, justificando o fato de as atmosferas industriais serem bastantes corrosivas. Pag 26 Atmosfera industrial • Embora outros contaminantes agressivos estejam presentes, o dióxido de enxofre (SO2) é mais importantes. • Sob condições de umidade, em presença de SO2, forma-se ácido sulfúrico, que se deposita em gotículas microscópicas nas superfícies expostas. • O resultado é que os contaminantes de uma atmosfera industrial juntamente com a umidade atmosférica, produzem uma película de ácido altamente corrosiva nas superfícies expostas. Contaminantes na atmosfera Pag 27 • Tem-se observado que o dióxido de enxofre é adsorvido seletivamente sobre vários metais. • Aços com ferrugem, por exemplo, adsorvem quantidades consideráveis de SO2. • Metais como cobre, chumbo e níquel são atacados por H2SO4, formando seus sulfetos. • Alguns dos sulfatos, como o PbSO4, sendo insolúveis, propiciam proteção ao substrato, enquanto que outros sulfatos, como os de níquel e de cobre são solúveis sob ação da umidade e protegem os metais somente após certo período. Contaminantes na atmosfera Pag 28 Meio ambiente com poluente atmosférico contendo particulados, como fuligem de carbono e óxidos de enxofre, SO2 e SO3, possibilitando a formação da chamada chuva ácida contendo ácido sulfúrico, H2SO4. Contaminantes na atmosfera Pag 29 Os óxidos de nitrogênio, NO e NO2, cuja principal origem é a exaustão de veículos automotivos, podem ainda resultar da combinação de nitrogênio e oxigênio atmosféricos, por meio de descargas elétricas. Estes óxidos dão lugar à formação de ácido nítrico. Óxidos de nitrogênio Contaminantes na atmosfera Pag 30 Área industrial sujeita à poluição Contaminantes na atmosfera Pag 31 Área industrial sujeita à poluição. Contaminantes na atmosfera Pag 32 Contaminantes na atmosfera O gás sulfídrico, H2S, nas atmosferas próximas às refinarias de petróleo, mangues e pântanos, é o gás responsável pelo escurecimento do cobre, ou de suas ligas, pois há formação de sulfetos de cobre preto, CuS; • aparecimento de coloração amarela, em materiais com revestimento de cádmio, devido à formação de sulfeto de cádmio, CdS; Gás sulfídrico Pag 33 Contaminantes na atmosfera Gás sulfídrico • decomposição de revestimentos com tintas à base de zarcão (óxido de chumbo, Pb3O4), que ficam pretas devido à formação de sulfetos de chumbo, PbS; • escurecimento de contatos telefônicos ou de equipamento de telecomunicações de prata devido à formação de sulfeto de prata, Ag2S, prejudicando o funcionamento dos mesmos. Por isso, em contatos ou equipamentos de maior importância, são usados contatos de ouro ou revestidos com ródio. Pag 34 • A amônia, NH3, ocorre nas atmosferas vizinhas às fábricas de ácido nítrico, HNO3, e de uréia, que usam amônia como matéria- prima, e de fertilizantes, onde amônia é usada para posterior fabricação de fertilizantes, como sulfato de amônio, o fosfato mono ou diamônio. • Deve-se evitar, nestas regiões, a presença de instalações de cobre ou suas ligas, pois são bastante atacadas pela ação conjunta de amônia, oxigênio e água. • O sulfato de amônia é higroscópico e ácido estimulando o início de processos de corrosão. Contaminantes na atmosfera Amônia Pag 35 Contaminantes na atmosfera Cloreto de hidrogênio O cloreto de hidrogênio, HCl(g), está presente nas proximidades de fábricas de PVC (cloreto de polivinila), que o utilizam como matéria-prima, em contato com a umidade atmosférica forma o ácido clorídrico, forte agente corrosivo (quando diluído é chamado de ácido muriático). Pag 36 Contaminantes na atmosfera Fluoreto de hidrogênio • O fluoreto de hidrogênio, HF(g), está presente nas proximidades de fábricas de fertilizantes. • Geralmente, a matéria-prima destas fábricas, que é a apatita – fosfato de cálcio, Ca3(PO4)2 –, tem como impurezas cloreto e fluoreto de cálcio, CaCl2 e CaF2. Pag 37 • Quando a apatita é tratada com ácido sulfúrico, para obtenção de superfosfato, ocorre o desprendimento de HCl(g) e HF(g), provenientes respectivamente do cloreto e do fluoreto de cálcio. • Estes gases, em presença de umidade, formam os respectivos ácidos clorídrico e fluorídrico, que são agentes corrosivos, sendo que o ácido fluorídrico ataca também vidros. Contaminantes na atmosfera Fluoreto de hidrogênio Pag 38 Meio ambiente com poluentes atmosféricos: ácido clorídrico e traços de ácido fluorídrico. Contaminantes na atmosfera Pag 39 Contaminantes na atmosfera Chaminés com emanações de ácidos clorídrico e fluorídrico tornando agressiva a atmosfera. Pag 40 Contaminantes na atmosfera Detalhe da estrutura que aparece na foto anterior e que sofreu ação corrosiva dos ácidos clorídrico e fluorídrico. Pag 41 Contaminantes na atmosfera Cloro • O cloro, Cl2, pode ser encontrado nas proximidades de fábricas de soda cáustica, NaOH. • Nestas fábricas, ocorre a eletrólise de salmoura, solução concentrada de cloreto de sódio, obtendo-se soda cáustica, hidrogênio e cloro. • Havendo deficiente controle da emissão de gases, a atmosfera pode ficar poluída com cloro que, reagindo com a umidade atmosférica, formará ácido clorídrico. • O cloro poderá, ainda, ser originado de estações de tratamento de água, que o usam para controle microbiológico, e de fábricas de celulose, que o usam para branqueamento. Pag 42 • A atmosfera rural não contém contaminantes químicos fortes, mas pode conter poeiras orgânicas e inorgânicas. • Seus principais constituintes são a umidade e elementos gasosos como oxigênio e dióxido de carbono. • As atmosferas áridas ou tropicais são casos especiais de atmosfera rural. Atmosfera rural Atmosfera Pag 43 • Em climas áridos há pouca ou nenhuma chuva mas pode haver às vezes umidade relativa elevada e condensação. • Nas regiões tropicais, alem da temperatura média elevada, o ciclo diário inclui uma umidade relativa elevada, insolação intensa e longos períodos noturnos de condensação. • Em regiões confinadas, a umidade de condensação pode persistir bastante tempo após o nascer do sol. • Tais condições podem provocar ambientes bastante corrosivos. Atmosfera Pag 44 • Uma outra fonte de contaminação atmosférica rural é o composto de nitrogênio. • Estes compostos podem ser originados de fontes naturais: por exemplo, a formação de amônia durante tempestades elétricas e de fontes sintéticas, tais como aquelas formadas devido ao uso crescente de fertilizantes artificiais. • A presença de amônia causa corrosão sob tensão de latão trabalhado a frio. Atmosfera Pag 45 Atmosfera Outros fatores Quanto aos outros fatores que podem influenciar a ação corrosiva da atmosfera, é preciso considerar ainda: A temperatura Em alguns casos, se for elevada, poderá diminuir a possibilidade de condensação de vapor d`água na superfície metálica e a adsorção de gases, minimizando a possibilidade de corrosão. Pag 46 Atmosfera O tempo de permanência do filme de eletrólito na superfície metálica É evidente que, quanto menor este tempo, menor a ação corrosiva da atmosfera. Os fatores climáticos podem ter grande influência neste caso; as chuvas podem ser benéficas, solubilizando os sais presentes na superfície metálica e retirando-os da mesma; mas, se houver frestas ou regiões de estagnação, as soluções dos sais podem ficar depositadas e aumentam a condutividade do eletrólito, acelerando o processo corrosivo. Pag 47 Atmosfera Os ventos Podem arrastar,para as superfícies metálicas, agentes poluentes e névoa salina; Dependendo da velocidade e da direção dos ventos, estes poluentes podem atingir instalações posicionadas até em locais bem afastados das fontes emissoras. Pag 48 As estações climáticas Atmosfera Em função das estações do ano, pode-se ter uma ação mais intensa destes fatores climáticos; em certos países, aumenta muito o teor de SO2 durante o inverno, devido à maior queima de carvão para alimentar os sistemas de aquecimento, ocasionando maiores taxas de corrosão; Pag 49 Insolação (raios ultravioleta) Atmosfera Causa deterioração (calcinação ou empoamento) em películas de tintas à base de resina epóxi e em PRFV (plástico reforçado com fibra de vidro, como poliéster reforçado com fibra de vidro) e ocasiona ataque no material plástico. No caso de revestimentos de estruturas metálicas ou equipamentos, expostos à insolação, recomenda-se o uso de tintas à base de revestimento poliuretânica, que são resistentes á radiação ultravioleta. Pag 50 Tubos de PRFV (Plástico Reforçado com Fibra de Vidro) aparecendo a fibra de vidro devido à deterioração por radiações solares. Corrosão atmosférica Pag 51 Tubulação com gizamento ou empoamento na parte superior exposta à incidência solar. Corrosão atmosférica Pag 52 Tanque de PRFV revestido com tinta para evitar a deterioração causada por radiações solares. Corrosão atmosférica Pag 53 Corrosão atmosférica de ferro, zinco, alumínio e cobre Ferro • Os óxidos de enxofre são os principais poluentes existentes no ar e os principais responsáveis pela corrosão do ferro. • Em atmosferas contendo óxidos de enxofre e óxidos de nitrogênio, a corrosão do aço-carbono é severa. • Os chamados aços patináveis ou aclimatáveis são aqueles que dentro de certas condições se recobrem de uma ferrugem protetora, não necessitando da aplicação de tintas ou revestimentos. Pag 54 Corrosão atmosférica de ferro, zinco, alumínio e cobre Ferro • Estes aços, embora não tenham resistência à corrosão como a de um aço inoxidável, apresentam maior resistência à corrosão atmosférica que o aço-carbono. • Essa maior resistência de deve ao fato de que durante o período inicial de corrosão atmosférica há formação de ferrugem e, ao contrário do aço carbono, essa ferrugem tende, após algum tempo, a se estabilizar: o filme de óxido é muito denso, e nem a água nem o oxigênio podem atravessá-lo. Pag 55 Corrosão atmosférica de ferro, zinco, alumínio e cobre Ferro • Esses aços vem sendo muito usados em construções de edifícios, pontes, viadutos, monumentos e vagões de estradas de ferro, sem que haja necessidade de pintá-los: após o período de estabilização da ferrugem, cerca de um a dois anos, o aço fica com uma coloração castanha-escura característica da ferrugem deste tipo de aço. • Esse aços resistem a atmosferas rurais, urbanas e industriais, e a atmosfera vizinhas ao mar, mas sem incidência direta de névoa salina. Quando sujeitos à ação direta de névoa salina, necessitam também de proteção com revestimento de tintas. Pag 56 Estrutura de aço patinável ou aclimável ainda com carepa. Corrosão atmosférica de ferro, zinco, alumínio e cobre Pag 57 Estrutura de aço patinável com o aspecto final, isto é, sem a carepa após exposição atmosférica. Corrosão atmosférica de ferro, zinco, alumínio e cobre Pag 58 Estruturas de concreto e aço patinável já expostas durante cerca de 10 anos. Corrosão atmosférica de ferro, zinco, alumínio e cobre Pag 59 Estruturas de concreto e aço patinável já expostas durante cerca de 10 anos Corrosão atmosférica de ferro, zinco, alumínio e cobre Pag 60 Monumento aos Açorianos, em aço patinável – Porto Alegre, R.S. Corrosão atmosférica de ferro, zinco, alumínio e cobre Pag 61 Monumento aos Açorianos, em aço patinável – Porto Alegre, R.S. Corrosão atmosférica de ferro, zinco, alumínio e cobre Pag 62 Ponte sobre a Rodovia Presidente Dutra (RJ-SP) com estrutura em aço patinável. Corrosão atmosférica de ferro, zinco, alumínio e cobre Pag 63 Trecho mais próximo da ponte. Corrosão atmosférica de ferro, zinco, alumínio e cobre Pag 64 Detalhe de componente estrutural (aspecto escuro devido à provável deposição de carbono, finamente dividido, proveniente da queima de combustível pelos veículos). Corrosão atmosférica de ferro, zinco, alumínio e cobre Pag 65 Corrosão atmosférica de ferro, zinco, alumínio e cobre Zinco O zinco é muito usado em revestimento, como o aço galvanizado, que é bastante utilizado em componentes de linhas de transmissão, em chapas para recobrimento ou tapamento lateral de instalações industriais, em tubos usados como eletrodutos, em componentes de sistemas de telefonia e de transmissão de corrente elétrica e em silos para armazenamento de cereais em áreas agrícolas. Quando o aço galvanizado é exposto a atmosferas não poluídas, há formação de óxido de zinco, ZnO, ou hidróxido de zinco, Zn(OH)2, que, sob ação do gás carbônico, forma o carbonato básico de zinco, insolúvel (3Zn(OH)2.ZnCO3). Pag 66 • Esses compostos, que são brancos, recobrem a superfície do zinco e tem características protetoras. • Entretanto em atmosferas poluídas, principalmente com produtos ácidos, como óxidos de enxofre, o zinco sofre severa corrosão. • Em estruturas galvanizadas sujeitas à ação direta de óxidos de enxofre, ocorre corrosão do zinco com formação de sulfato de zinco, solúvel e, portanto, não protetor. Corrosão atmosférica de ferro, zinco, alumínio e cobre Zinco Pag 67 Corrosão atmosférica de ferro, zinco, alumínio e cobre Alumínio • O alumínio e suas ligas são usados sob as formas de chapas corrugadas ou trapezoidais, para cobertura ou tapamento lateral de estruturas tubulares e de componentes anodizados, principalmente na indústria de construção civil, visando não só à maior resistência à corrosão do alumínio anodizado como também ao bom aspecto decorativo. • A película de óxido de alumínio formada quando exposto ao ar, ou quando submetia ao processo de anodização, é responsável pela resistência que o alumínio, ou suas ligas, apresenta à corrosão atmosférica. Pag 68 • Entretanto, em atmosferas contendo poluentes ácidos, principalmente HCl, ocorre a solubilização do óxido de alumínio e posterior solubilização do alumínio, com formação de cloreto de alumínio, AlCl3, solúvel. No caso de atmosferas contendo óxido de enxofre, tem-se observado que o alumínio apresenta maior resistência de que o zinco à ação do ácido sulfúrico diluído. • Em atmosferas marinhas o fator mais influente é a deposição de particulados, principalmente se forem higroscópicos: embaixo do depósito há processo corrosivo por aeração diferencial, com formação de pites. Corrosão atmosférica de ferro, zinco, alumínio e cobre Alumínio Pag 69 Chapas de alumínio manchadas em decorrência do armazenamento: chapas superpostas Corrosão atmosférica de ferro, zinco, alumínio e cobre Pag 70 Manchas escuras em alumínio usado em coberturas de instalações industriais Corrosão atmosférica de ferro, zinco, alumínio e cobre Pag 71 Cobre Quando expostos à atmosfera ambiental o cobre e suas ligas (latão amarelo ou bronze) formam, inicialmente, óxido de cobre, Cu2O, cuprita, de coloração castanha, que tem características protetoras, e com o tempo, na presença de oxigênio, forma-se o CuO, de cor preta. Por fim, com a presença de umidade e gás carbônico, CO2, aparece a coloração esverdeada, devido à formação dos carbonatosbásicos: CuCO3 . Cu(OH)2 (malaquita) 2 CuCO3 . Cu(OH)2 (azurita) Corrosão atmosférica de ferro, zinco, alumínio e cobre Pag 72 Em atmosferas poluídas, como as industriais, contendo SO2, H2S ou NH3, ocorrem as possíveis reações corrosivas: 2 Cu2O + SO2 + 3/2 O2 + 3 H2O = CuSO4 . 3 Cu(OH)2 (brochantita) 3 CuO + SO2 + ½ O2 + 2 H2O = CuSO4 . 2 Cu(OH)2 (anterita) sulfatos básicos, que são insolúveis e esverdeados. Cu2O + H2S = Cu2S + H2O CuO + H2S = CuS + H2O Cu + ½ O2 + H2S = CuS + H2O sulfetos de cobre que são insolúveis e pretos. Cu + 4 NH3 + ½ O2 + H2O = Cu(NH3)4(OH)2 (azulado) Corrosão atmosférica de ferro, zinco, alumínio e cobre Pag 73 Tubo de cobre com perfuração e produto de corrosão com coloração azulada de sulfato de cobre. Corrosão atmosférica de ferro, zinco, alumínio e cobre Pag 74 Tubo de cobre com produto de corrosão esverdeado de cloreto de cobre. Corrosão atmosférica de ferro, zinco, alumínio e cobre Pag 75 Componente de latão com ataque localizado nas áreas de solda formando o produto de corrosão, Cu(NH3)4(OH)2, de coloração azulada. Corrosão atmosférica de ferro, zinco, alumínio e cobre Pag 76 Observações gerais Corrosão atmosférica • No início da corrosão, a sua velocidade só depende da composição da atmosfera, independente da composição do material metálico; • Quando se forma o produto de corrosão, o material passa a se corroer numa velocidade que depende da composição do material e do produto de corrosão; • Em atmosferas poluídas (SOx, NaCl, umidade relativamente alta), a velocidade de corrosão vai depender da composição do material metálico pois, neste caso, o produto de corrosão não tem geralmente características protetoras; Pag 77 Corrosão atmosférica • Em atmosferas não-poluídas, a ferrugem (produto de corrosão) é constituída pelo composto Fe2O3H2O, insolúvel – logo, uma vez formada, esta camada de óxido dá uma relativa proteção contra posterior ataque; • Em atmosferas não-poluídas, pode usar aço ao carbono, reservando-se o uso de aços mais caros, de baixa liga, para atmosferas poluídas, pois aí a composição do material metálico é o fator determinante; Observações gerais Pag 78 • As chuvas podem ter uma ação benéfica em atmosferas poluídas, pois lavam a superfície metálica exposta, impedindo a concentração do agente atmosférico corrosivo sobre o material; • Em atmosferas poluídas, é conveniente o emprego de revestimentos protetores, como películas de tintas de alto desempenho, como aquelas à base de resinas poliuretana, epóxi, vinílica,acrílica ou de silicatos inorgânico ou orgânico de zinco. Observações gerais Corrosão atmosférica Pag 79 Os processos de corrosão em água são complexos, dependendo de muitos parâmetros do próprio metal, da água e das condições de funcionamento (por exemplo; caldeiras, tubulações, etc.). Água naturais MEIOS CORROSIVOS Pag 80 • O ambiente marinho é o mais corrosivo de todos os meios naturais. • Compreende desde a atmosfera contaminada com sal do mar até regiões mais profundas do oceano e o lodo sobre o fundo do mar. • Os componentes e estruturas que estão normalmente expostos a meios marítimos são, por exemplo, as bombas e tubulações de água do mar, navios, submarinos, cais, estacas e plataformas de petróleo costeiras. Água do mar Pag 81 Água do mar • A água do mar contém cerca de 3,4 % de sais dissolvidos e é levemente alcalina (pH ≈ 8,0). Devido a isto ela é um bom eletrólito. • A corrosão em água do mar é afetada pela velocidade e temperatura da água e pelo conteúdo de oxigênio e organismos biológicos presentes na mesma. • É importante ressaltar que a velocidade de corrosão em água do mar pode variar segundo as condições locais e isto deve ser levado em consideração ao se comparar resultados. Pag 82 Os materiais metálicos em contato com a água tendem a sofrer corrosão, a qual vai depender de várias substâncias que podem estar contaminando a mesma. Entre os contaminantes mais freqüentes estão: • Gases dissolvidos: oxigênio, nitrogênio dióxido de carbono, cloro, amônia, dióxido de enxofre e gás sulfídrico; • Sais dissolvidos: cloreto de sódio, de ferro e de magnésio, carbonato de sódio, bicarbonato de cálcio, de magnésio e de ferro; • Matéria orgânica de origem animal ou vegetal; • Bactérias, limos e algas; • Sólidos suspensos. Águas naturais Pag 83 Na apreciação do caráter corrosivo da água, também devem ser considerados o pH, a temperatura, velocidade e ação mecânica. Assim, por exemplo, em água: • potável, é de fundamental importância a qualidade sanitária, procurando-se evitar presença de sólidos suspensos, de sais como de mercúrio e de chumbo e de microorganismos; • para sistemas de resfriamento, procura-se evitar a presença de sólidos suspensos ou sais formadores de depósitos, e crescimento biológico, que poderiam, ao se depositarem, criar condições para corrosão por aeração diferencial; Águas naturais Pag 84 • para a geração de vapor, evita-se a presença de oxigênio e de sais incrustantes como bicarbonatos de cálcio e de magnésio. No caso de caldeiras, o oxigênio oxida a magnetita, Fe3O4, protetora, formando Fe2O não protetor, e os sais incrustantes depositariam, por exemplo, CaCO3, carbonato de cálcio, dificultando a troca térmica; • para processo de fabricação de produtos químicos ou farmacêuticos, evita-se a presença de impurezas, como sais, usando-se água desmineralizada ou deionizada, e, no caso do produto farmacêutico ou medicamentos, também esterilizada. Águas naturais Pag 85 A corrosão provocada por águas naturais depende, portanto, de muitos fatores, dentre os quais pode-se destacar teores de cloreto, enxofre e oxigênio, além da dureza da água. O teor de cloreto pode variar desde poucas partes por milhão (ppm) até centenas de ppm, em um mesmo país. Os compostos de enxofre também variam de região para região, dependendo de sua principal atividade econômica. A dureza da água está relacionada com a quantidade de sais minerais dissolvidos. É importante assinalar que águas moles são mais corrosivas que as duras, pois os carbonatos presentes nestas últimas depositam sobre o metal, protegendo-o. Águas naturais Pag 86 Os solos contêm umidade, sais minerais e bactérias. Alguns solos apresentam também, características ácidas ou básicas. O eletrólito constitui-se principalmente da água com sais dissolvidos. MEIOS DE CORROSÃO Solos Pag 87 MEIOS DE CORROSÃO Solos O comportamento do solo como meio corrosivo dever ser considerado de grande importância, levando-se em consideração as enormes extensões de tubulações enterradas, como oleodutos, gasodutos, adutoras e minerodutos, e a grande quantidade de tanques enterrados armazenando combustíveis. A velocidade de corrosão no solo é muito influenciada pela natureza do solo. Esta natureza se relaciona a diversas variáveis evidenciadas a seguir. Pag 88 Corrosão em solos • O solo pode ser considerado como um dos meios mais complexos para se determinar previamente sua ação agressiva para o materiais metálicos. • Essa complexidade fica evidenciada na tomada de amostras de solos para análises físico-químicas. • Dois problemas costumam ocorrer: a variabilidade dos solos dificultando a tomada de amostras no campo e a divergência dos tipos de análises. Pag 89 Tomada de amostra – variabilidade: • aeração, • umidade, • pH • potencial redox, • microorganismos • condições climáticas • heterogeneidade do solo. Corrosão em solos Pag 90 AsCaracterísticas físico-químicas do solo que podem influir mais diretamente na sua ação corrosiva são: • presença de água, • sais solúveis e gases • acidez • pH • resistividade elétrica • potencial redox. Corrosão em solos Pag 91 Corrosão em solos Condições operacionais: • condições climáticas • emprego de fertilizantes • despejos industriais • profundidade • aeração diferencial • contato bimetálico • correntes de fuga. Pag 92 Corrosão em solos • Os solos variam largamente nas características físicas e químicas que influenciam na sua agressividade. • As características físicas de importância na corrosão são aquelas que determinam a permeabilidade do solo ao ar e à água. • As substâncias químicas que influenciam na corrosão são aquelas solúveis na água. A presença de algumas aumenta e de outras diminui a agressividade do meio. • A resistividade iônica do solo é determinada não só pela natureza e concentração de íons condutores como pelo teor de umidade, pela temperatura, etc. Pag 93 • Além disso, ainda há possibilidade de corrosão por correntes parasitas e corrosão por bactérias. • A corrosão nos solos também é um fenômeno eletroquímico, mas tendo em vista os muitos fatores em jogo e ainda a inter- relação dos seus efeitos, o mecanismo ainda assim é mais complexo do que a corrosão em água, o que torna também mais complexo o seu estudo em laboratório e em condições naturais. Corrosão em solos Pag 94 • Os ensaios normalmente efetuados para avaliar a agressividade dos solos são: resistividade iônica, pH, capacidade de retenção de água, acidez total, alcalinidade, teor em cloretos, sulfatos, sulfetos e bactérias. • É muito freqüente a determinação apenas da resistividade iônica, já que está depende da maioria dos fatores mencionados acima, que apresenta a vantagem de poder ser feita no local, sem retirada de amostra, com determinações a diversas profundidades. • Os solos com alta condutividade iônica são, geralmente, muito mais corrosivos. Corrosão em solos Pag 95 • Ferro fundido e aço carbono com ou sem revestimentos orgânicos e proteção catódica são os materiais comumente utilizados em estruturas enterradas. • Os demais materiais não são, na maioria dos casos, economicamente viáveis. • A corrosão do solo ocorre, usualmente na forma de pite, e é causada por diferenças locais no potencial, devido principalmente a diferenças nas concentrações de oxigênio e de sais. Corrosão em solos Pag 96 • A atividade biológica de organismos vivos presentes em um dado meio (água, solo, etc.) pode afetar, direta ou indiretamente, o processo de corrosão de um metal. • Observa-se que os organismos vivos vivem e se reproduzem em meios de pH entre 0 e 11, a temperaturas de 0 a 80 oC e sob pressões de até 1000 atm. • Portanto, a atividade dos organismos vivos pode afetar a corrosão de um metal numa grande variedade de ambientes. Corrosão em outros meios Corrosão biológica Pag 97 Corrosão em outros meios Corrosão biológica Os organismos vivos são mantidos por reações químicas, isto é, ingerem um reagente ou alimento e eliminam produtos que podem ser agressivos. Esses processos podem afetar a corrosão metálica através de uma das seguintes maneiras: • influenciando diretamente as reações anódica e catódica; • influenciando as películas protetoras formadas sobre o metal; • criando condições corrosivas; • produzindo depósitos. Pag 98 Microorganismos • Os microorganismos são classificados de acordo com sua capacidade de crescer em presença ou ausência de oxigênio. • Os microorganismos que necessitam de oxigênio no seu processo metabólico são chamados de aeróbicos; os que não necessitam de oxigênio são chamados anaeróbicos. • Uma das mais importantes bactérias anaeróbicas que afetam a velocidade de corrosão de estruturas de aço enterradas é a bactéria Desulfovibrio desulfurican. Esta bactéria reduz os íons sulfato a íons sulfeto. Corrosão biológica Pag 99 A Thiobacillus thioxidans é uma bactéria aeróbica capaz de oxidar o elemento enxofre em ácido sulfúrico de acordo com a seguinte reação química: Este tipo de bactéria se desenvolve preferencialmente em baixos valores de pH e pode produzir ácido sulfúrico cuja concentração pode atingir 5% em áreas localizadas. Portanto, estas bactérias atuam no sentido de criar condições extremamente corrosivas. Corrosão biológica Pag 100 • Bactérias redutoras de íons sulfatos e oxidantes do elemento enxofre podem atuar de maneira cíclica de acordo com as mudanças de solo. • Assim, quando o solo está molhado e a quantidade de oxigênio diminui, desenvolve-se a bactéria redutora de íons sulfato; quando o solo está seco e rico em oxigênio desenvolve-se a bactéria oxidante do elemento enxofre. • Estes ciclos diminuem ainda mais a vida útil de uma estrutura metálica. Corrosão biológica Pag 101 • Existem ainda, vários outros microorganismos que podem afetar, direta ou indiretamente, a velocidade de corrosão dos metais. • Existe, por exemplo, um grupo de microorganismo que assimilam os íons ferrosos presentes numa solução, precipitando-os como hidróxido ferroso ou férrico ao redor de suas paredes celulares. • O crescimento destas bactérias em superfícies de aço tende a produzir corrosão por frestas. • Certas bactérias são capazes de oxidar amônia em ácido nítrico, produzindo soluções diluídas de ácido nítrico que são bastante corrosivas para o ferro e outros metais. Corrosão biológica Pag 102 • Outros tipos de bactéria também produzem dióxido de carbono que pode contribuir para a formação de ácido carbônico, aumentando também a corrosividade do meio. • Para prevenir a corrosão microbiológica é importante, inicialmente, certificar-se da presença dos microorganismos. Isto pode ser feito fazendo-se uma cultura da amostra. • No caso da bactéria redutora de sulfato, a existência de sulfeto ferroso como produto de corrosão de estruturas de aço é uma forte indicação de atividade biológica. Corrosão biológica Pag 103 • Deve-se lembrar, entretanto, que o sulfato ferroso nem sempre é gerado pela bactéria redutora de sulfato. • Uma das formas de proteger as estruturas metálicas enterradas de corrosão microbiológica é separando-as do solo com revestimentos de asfalto, verniz, plástico ou concreto. • Este último é pouco eficaz na presença de bactérias oxidantes do elemento enxofre porque é rapidamente atacado pelo ácido sulfúrico. • Em alguns casos é possível reduzir a corrosão microbiológica alterando o meio corrosivo. Um exemplo disto é a freqüente eliminação de enxofre de águas de esgoto através de aeração. Corrosão biológica
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