RELATORIO FINAL PROTEÇÃO CATÓDICA

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ (UNESA)
ENGENHARIA QUÍMICA
ANTONIO DIEGO BARBOSA COUTINHO
BRENO CAMPOS DA COSTA ROMA
RAFAEL VIDAL BRASIL DE AZEVEDO
KATIA MARQUES
THAYANE DIAS MOTHÉ
PROTEÇÃO CATÓDICA
MACAÉ-RJ
2017
ANTONIO DIEGO BARBOSA COUTINHO
BRENO CAMPOS DA COSTA ROMA
RAFAEL VIDAL BRASIL DE AZEVEDO
KATIA MARQUES
THAYANE DIAS MOTHÉ
PROTEÇÃO CATÓDICA
Relatório referente à matéria de físico-química II do Curso de Engenharia de Química da Universidade Estácio de Sá (UNESA).
Professora: D.Sc. Andréia Boechat Delatorre
MACAÉ-RJ
2017
	
Introdução
Historicamente a proteção catódica data dos primórdios do século XIX, quando a eletroquímica dava também os seus primeiros passos, principalmente na Inglaterra, onde os anais da real sociedade guardam, até hoje, as comunicações dos cientistas da época, dentre eles Faraday, Marianini, Becquerel, Walcker e, particularmente, Sir Humphrey Davy. Este cientista realizou um trabalho extraordinário no campo da eletroquímica. Em 1823, foi comissionado pelo Almirantado Britânico para estudar uma solução para os problemas de corrosão na chaparia de cobre que revestia o casco de madeira dos navios de guerra de sua Majestade. (MARCILIO)
O cobre é um metal ligeiramente positivo na escala eletroquímica; e, de acordo com as idéias do Sir. o cobre só poderia ser atacado na água do mar quando estivesse em um estado positivo; e, conseqüentemente, se ele puder ser tornado ligeiramente num negativo, a ação corrosiva da água do mar sobre ele será anulada.
A fim de transformar aquele estado elétrico, Davy fez experiências como anodos de ferro, de estanho e de zinco para proteger o cobre, tendo resultados satisfatórios em diversas condições. Durante certo tempo, o ferro fundido foi preferido, porém, o zinco teve uso mais freqüente, tanto assim que quando os cascos de zinco continuaram em uso nas áreas vizinhas ao hélice e ralos (locais de admissão e descarga de águas servidas), onde havia metal amarelo.
Com o desenvolvimento da indústria do petróleo, aumentou muito a demanda de combustíveis líquidos e gasosos, de modo que, na década de 20, para o transporte econômico de grandes quantidades destes combustíveis, as empresas, principalmente nos Estados Unidos e no Oriente Médio, passaram a usar oleodutos e gasodutos construídos com tubos de aço, os quais eram enterrados sem qualquer proteção. Ao final da década, os problemas de corrosão externa já eram grandes e a taxa de crescimento do numero de furos era quase alarmante. Consideráveis resultados foram obtidos com a aplicação de revestimentos nos trechos situados nos solos mais agressivos. Foi quando a proteção catódica voltou ao cenário técnico, inicialmente com anodos galvânicos e, logo a seguir, desenvolvendo-se os sistemas de corrente impressa, usando corrente gerada por cata-ventos ou empregando retificadores de óxido de cobre. (MARCILIO)
Hoje a proteção catódica constitui um novo ramo da engenharia especializada, com seus métodos, seus equipamentos, materiais, instrumentos, sem os quais não seriam viáveis os milhões de quilômetros de tubulações enterradas e submersas, as grandes instalações portuárias em estrutura metálica e as embarcações de todos os portes, com cascos em aço, desde os pequenos barcos até os super petroleiros. (MARCILIO)
O campo de aplicação da proteção catódica é vasto, porém, possui uma característica importante: a estrutura a proteger deve encontrar-se em contato com um eletrólito, no qual se instala o anodo ou conjunto de anodos, por meio dos quais é provida a corrente necessária à proteção. Desse modo, dentre as instalações mais comuns em que se aplica a proteção catódica, destacam-se as tubulações enterradas e as submersas, tais como oleodutos, gasodutos e adutoras. Tanques de armazenamento enterrados ou com fundo em contato com o solo é também um importante campo de aplicação. Instalações marítimas constituem outra ampla gama de estruturas, onde a proteção catódica tem vasto emprego. É o caso de piers com estacas tubulares ou com estacas-prancha, bóias de sinalização, amarras, bem como embarcações metálicas de qualquer tipo, além das plataformas metálicas, dos mais variados tipos, usados na exploração e na produção de petróleo, no mar. A proteção catódica tem também mostrado a sua eficiência na proteção da ferragem de armação e reforço do concreto, quando estas estruturas trabalham submersas, particularmente em água salgada, ou mesmo em canalizações de concreto para transporte de água. (MARCILIO)
Para o perfeito entendimento do mecanismo da proteção catódica, é necessário que se visualize o mecanismo da corrosão eletroquímica. A corrosão eletroquímica ocorre sempre que se tem uma estrutura metálica em contato com um eletrólito, na qual aparecem pilhas ou células de corrosão (áreas anódicas e catódicas). As pilhas de corrosão sempre existem, quer por razões pertinentes ao metal, quer por razões inerentes ao meio. Suas causas principais são as dissimilaridades de metais, impurezas, tensões internas, aeração diferencial, diferença na composição do eletrólito e etc. com o aparecimento das áreas anódicas e catódicas, em presença do eletrólito, tem se um fluxo de corrente que constitui, basicamente, o processo de corrosão eletroquímica. (MARCILIO)
Da célula eletroquímica ou eletrolítica artificial criada, surgem as seguintes conseqüências, que conduzem o metal à proteção, desde que a corrente seja suficiente:
A superfície do metal é polarizada a um nível determinado, de tal forma que todas as áreas tornam-se catódicas; (MARCILIO)
Numa superfície catódica, só há reações de redução, logo, jamais haverá a reação de dissolução do material metálico, M → Mn+ + ne, que é uma reação de oxidação.
Há uma elevação de pH, em torno do cátodo, o que favorece a imunidade do metal.
Escala prática de nobreza em água do mar:
Existem dois processos pelos quais se pode aplicar proteção catódica, ambos fundamentados no mesmo princípio, ou seja, injeção de uma corrente elétrica na estrutura, através do eletrólito. (MARCILIO)
Proteção catódica galvânica:
Na proteção catódica galvânica, a corrente elétrica é promovida pela força eletromotriz existente entre o metal a proteger e outro metal escolhido para anodo, como resultado de seus potenciais eletroquímicos. (MARCILIO)
Os sistemas galvânicos apresentam, também, como limitações, não serem apropriados para estruturas sujeitas a fortes correntes de interferência e, praticamente, não permite uma regulagem da corrente injetada. (MARCILIO)
Proteção catódica por corrente impressa
Neste sistema, a corrente elétrica é promovida por uma força eletromotriz de uma fonte geradora de corrente contínua (retificador, bateria ou gerador), utilizando um conjunto dispersor de corrente no eletrólito, constituído de anodos inertes, chamado leito de anodos.
A grande vantagem do sistema consiste no fato de que a fonte geradora poderá ter a potência que se deseja, bem como a força eletromotriz necessária, em função das condições de resistividade do eletrólito. A proteção catódica por corrente impressa se aplica a estruturas situadas em eletrólitos de baixa, média, alta e altíssima resistividade. (MARCILIO)
É, também, mais indicada para estrutura de médio e grande porte, por ser um sistema mais compacto e mais econômico, quando necessita de corrente altas para proteção.
De um modo geral, o processo de controle de corrosão por proteção catódica é empregado em associação com o uso de revestimentos protetores. O emprego de revestimento reduz, de forma considerável, a superfície exposta à corrosão, diminuindo, por conseguinte, a intensidade da corrente necessária à proteção da estrutura. (MARCILIO)
Quando se aplica proteção catódica a uma estrutura, é extremamente importante saber se a estrutura encontra-se realmente protegida contra a corrosão em toda a sua plenitude. Vários critérios podem ser adotados para se comprovar que uma estrutura encontra-se isenta de riscosde corrosão, por exemplo, baseando-se na densidade de corrente aplicada ou no potencial da estrutura. No entanto, o critério mais indicativo e universalmente aceito é o potencial negativo mínimo entre a estrutura e o eletrólito vizinho, medindo com um eletrodo de referencia. (MARCILIO)
Para execução de um projeto de proteção catódica, são necessários alguns dados de campo e da estrutura a ser protegida. Estes dados são obtidos através de levantamento feito no campo, nos locais onde se situa a estrutura e pela análise do projeto da mesma. Levantamento e a análise devem ser executados com o máximo cuidado e por técnicas experientes, a fim de que as premissas do projeto de proteção catódica sejam baseadas em dados perfeitamente confiáveis. (MARCILIO)
Levantamento de campo:
O levantamento de campo constitui-se, em geral, na fase preliminar de qualquer projeto e, para sua realização, distinguem-se em duas situações:
- Estrutura em fase de projeto:
Para uma estrutura em fase de projeto e, portanto, ainda não instalada, faz-se normalmente o levantamento de resistividade do meio e pesquisa de locais para instalação de leitos de anodos galvânicos ou para corrente impressa. (MARCILIO)
- Estrutura existente:
Para uma estrutura existente, pode-se fazer levantamento de resistividade do meio, medição de potenciais estrutura/meio, pesquisa de corrente de interferência, teste de eficiência de revestimento, determinação da corrente necessária à proteção e pesquisa de locais para instalação de leitos de anodos galvânicos ou para leitos de anodos de corrente impressa.
Levantamento de resistividade:
A resistividade do eletrólito é o fator primordial para a indicação da sua corrosividade e, portanto, para a determinação da densidade de corrente a ser utilizada na proteção da estrutura. É necessário que se faça um levantamento geral da resistividade do eletrólito na área onde se situa a estrutura, estabelecendo-se um perfil de resistividade. (MARCILIO)
Levantamento de potencial:
O levantamento de potencial, ao longo da estrutura, contribui para a determinação do seu estado de corrosão. A análise destes potenciais permite, ainda, determinar a existência de macropilhas de corrosão e de corrente de interferência. Quando se detecta correntes de interferência, é conveniente que se faça registro potencial, por períodos de 24hrs ou mais. O levantamento de potencial só é executado para estruturas já instaladas. As medições de potencial podem ser efetuadas utilizando- se como eletrodo de referencia o eletrodo de Cu/CuSo4 ou o eletrodo de Ag/AgCl, dependendo do meio. (MARCILIO)
Levantamento de dados da estrutura:
O levantamento de dados da estrutura constitui-se, basicamente, no estudo das características físicas da mesma, como dimensões, formato, ligações com outras estruturas e revestimentos.
A partir destes dados da estrutura é que se pode estabelecer: - O cálculo da superfície a ser efetivamente protegida;
- O arranjo mais adequado para os leitos de anodos;
- Uma estimativa de eficiência para o revestimento;
- Os locais onde deverão ser instaladas juntas de isolamento elétrico, caso seja necessário;
- Eventual necessidade de interligação com outras estruturas.
Esses elementos são obtidos a partir do projeto geral da estrutura, pela análise dos desenhos e especificações. Caso haja insuficiência de dados de projeto, alguns dos mesmos poderão ser obtidos no campo. (MARCILIO)
A escolha do tipo de proteção catódica a ser adotado para uma determinada estrutura depende, essencialmente, de uma análise técnico-econômic. Nesta análise, devem ser consideradas as vantagens e desvantagens de cada sistema, o custo e a viabilidade técnica, a via útil desejada, dentre outros aspectos.
A intensidade da corrente elétrica requerida para proteção de uma dada estrutura depende de vários fatores. (MARCILIO)
Densidade de corrente de proteção:
Um dos parâmetros mais importantes para o dimensionamento de um sistema de proteção catódica é a densidade de corrente de proteção. Por densidade de corrente de proteção, entende-se a intensidade da corrente elétrica, por unidade de área da superfície a proteger. As unidades de uso mais corrente são mA/m², ou mA/ft² no sistema inglês.
O valor da densidade de corrente de proteção a ser adotado em um projeto depende de muitos fatores, principalmente da resistividade elétrica do meio (eletrólito) e do tipo de material que se deseja proteger. Por exemplo, para um dado solo, a densidade de corrente de proteção do aço tem certo valor e, para a proteção de chumbo, terá um valor completamente diferente. Por outro lado, para um mesmo material ter-se-à diferentes valores para a densidade de corrente, em função das características do eletrólito. (MARCILIO)
Eficiência dos revestimentos:
É muito comum a associação do revestimento protetor com a proteção catódica, formando um sistema composto de proteção. A grande vantagem do revestimento é que ele reduz a área exposta ao meio corrosivo. Como conseqüência, ele reduz acentuadamente a intensidade da corrente requerida para proteção, já que esta se aplica apenas às falhas do mesmo. Influencia do revestimento protetor é muito pronunciado, particularmente nas estruturas em contato com meios de alta resistividade elétrica, como tubulações enterradas. Quando a resistividade do eletrólito é muito baixa, como no caso de estruturas marítimas, influencia do revestimento pode até perder o seu significado, já que a resistência do circuito de proteção é muito baixa. A experiência tem demonstrado, nestes casos, que o custo total da proteção catódica da estrutura nua é menor do que a soma dos custos da aplicação do revestimento, mais o da proteção catódica complementar. Por isso, é freqüente a não utilização de revestimento nas partes permanentemente submersas das instalações marítimas.
Fator de velocidade:
É freqüente a ocorrência de movimento relativo entre a estrutura que se deseja proteger e o eletrólito, como nas embarcações e nos dutos que transportam água, em especial salgada, caso em que a proteção catódica é altamente indicada, principalmente associada a um revestimento protetor. Este movimento relativo entre o metal e o eletrólito introduz uma alteração na cinética das reações, aumentando a sua velocidade por dois mecanismos principais, a saber:
- Aumento da velocidade do eletrólito aumenta a difusão dos íons formados pelas reações anódicas, baixando a sua concentração na vizinhança da superfície anódica, o que conduz a uma despolarização;
- No caso de meios aerados, o aumento da velocidade do eletrólito acarreta maior suprimento de oxigênio à superfície catódica e, como o oxigênio é sabidamente um despolarizador catódico, ele vai produzir também uma despolarização da superfície.
Estes dois fenômenos somam-se no mesmo sentido, indesejável, de modo que, para contrabalançar o seu efeito, é necessário aumentar-se a intensidade da corrente de proteção. (MARCILIO)
OBJETIVO
Demonstrar como ocorre a Proteção Catódica.
MATERIAIS E REAGENTES
•	2 Béqueres de 100 ml:
•	2 Placas de Ferro Limpas:
•	1 Fita de Magnésio:
•	Solução de Cloreto de Sódio (NaCl)
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Em 2 béqueres de 100 ml adicionou-se 80 ml da solução de NaCl.
Acrescentou-se em um dos béqueres uma placa de ferro e no outro béquer uma placa de ferro envolvida por uma fita de magnésio.
 Observou-se o ocorrido.
Resultados
Conclusão
OBSERVAÇÕES
Experimento: Camaleão Químico.
Experimento: A Reação relógio Iodeto/Iodo.
Experimento Verificação da influência da Gordura na medição da densidade de vários tipos de Leite.