CORROSÃO 2

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CORROSÃO
PROFESSORA FERNANDA MARA
DEFINIÇÃO
A corrosão é um tipo de deterioração que pode ser facilmente encontrada em obras metálicas.
O aço oxida quando em contato com gases nocivos ou umidade, necessitando por isso de cuidados para prolongar sua durabilidade.
A corrosão é um processo de deterioração do material que produz alterações prejudiciais e indesejáveis nos elementos estruturais. Sendo o produto da corrosão um elemento diferente do material original, a liga acaba perdendo suas qualidades essenciais, tais como resistência mecânica, elasticidade, ductilidade, estética, outros.
Em certos casos quando a corrosão está em níveis elevados, torna-se impraticável sua remoção, sendo portanto a prevenção e controle as melhores formas de evitar problemas.
Metais que se autoprotegem
Certos metais, como o alumínio, o zinco, o magnésio e o estanho, na presença de oxigênio, sofrem oxidação espontânea produzindo seus respectivos óxidos.
2 Al + 3 O2 2 Al2O3
2 Zn + O2 2 ZnO
2 Mg + O2 2 MgO
Sn + O2 SnO2
No entanto, esses óxidos formam uma película insolúvel na superfície do metal, que acaba servindo como proteção, evitando a continuidade da oxidação. Isso ocorre porque as camadas são impermeáveis ao oxigênio, evitando a continuidade do contato entre eles. Deste modo, dizemos que estes metais se autoprotegem da corrosão.
Devido essa propriedade, esses metais são utilizados para proteger outros metais, como o ferro, do processo de corrosão. As chapas de aço recobertas por estanho são denominadas de latas ou folhas de flandres. No caso do alumínio, a camada de óxido é tão fina que se torna transparente.
Equação de Nernst
 Todos os valores de potencial utilizados para calcular a magnitude de ∆E são para as condições padrão 
 (concentração de 1 mol/L e pressão de 1 atm).
 Lembre-se que esses valores são válidos somente quando reagentes e produtos estiverem em seus estados padrão.
Na medida que as células voltaicas vão descarregando, as concentrações das espécies vão mudando. A fem da pilha vai diminuindo até E = 0, quando entra em equilíbrio, e dizemos que ela “acabou”. 
A fem da pilha fora das condições padrão pode ser determinada utilizando-se a equação de Nernst. 
Equação de Nernst
Equação de Nernst:
E = Eo – R . T x log [oxi]
 n . F [red]
Sendo:
R = 8,315 J K-1 mol-1;
T = 298,2 K (25°C);
F = 96485 C mol-1
 E = fem da pilha
 E = fem nas condições padrão
Equação de Nernst
E = Eo – 0,0592 x log [oxi]
 n [red]
 Eo = red – oxi
FORMAS DE CORROSÃO
 PODEM SER APRESENTADAS CONSIDERANDO A APARÊNCIA OU FORMA DE ATAQUE E AS DIFERENTES CAUSAS DA CORROSÃO E SEUS MECANISMOS. ASSIM PODE-SE TER CORROSÃO SEGUNDO:
MORFOLOGIA – Uniforme, por placas, alveolar, em torno de cordão, outros.
CAUSAS OU MECANISMOS – Aeração diferencial, eletrolítica, galvânica, outros
FATORES MECÂNICOS – sob tensão, sob fadiga, atrito, associada a erosão.
MEIO CORROSIVO – atmosfera, solo, induzida por microorganismos, pela água do mar, outros.
LOCALIZAÇÃO DO ATAQUE – por pite, uniforme, intergranular, transgranular.
Uniforme – a corrosão se processa em toda extensão da superfície, ocorrendo perda da espessura.
Por placas – localiza-se em regiões da superfície metálica e não em toda sua extensão, formado placas com escavações.
Alveolar – se processa na superfície metálica produzindo sulcos ou escavações semelhantes a alvéolos. Apresentado fundo arredondado e profundidade geralmente menor que seu diâmetro
 Puntiformes ou por pite – Se processa em pontos ou em pequenas áreas localizadas na superfície metálica produzindo pites, que são cavidades que apresentam fundo em forma angulosa e profundidade geralmente maior do que seu diâmetro.
Intergranular – a corrosão se processa entre os grãos da rede cristalina do material metálico, o qual perde suas propriedades mecânicas, poderá fraturar quando solicitados por esforços mecânicos.
Transgranular- a corrosão se processa nos grãos da rede cristalina do material metálico, o qual perdendo suas propriedades mecânicas, poderá fraturar a menor solicitação mecânica.
Filiforme – se processa sob forma de finos filamentos, mas não profundos, que se propagam em diferentes direções e que não se ultrapassam, pois admite-se que o produto de corrosão, em estado coloidal apresenta carga positiva, daí a repulsão.
Esfoliação – a corrosão se processa de forma paralela à superfície metálica. Ocorre em chapas ou componentes extrudados que tiveram seus grãos alongados ou achatados, criando condições para que inclusões ou segregações, presentes no material, sejam transformados, devido ao trabalho mecânico, em plaquetas alongadas. 
Corrosão Grafítica – Ocorre no ferro fundido cinzento em temperatura ambiente e o ferro metálico é convertido em produtos de corrosão, restando a grafita intacta. Observa-se que a área corroída fica com aspecto escuro, característico do grafite, e esta pode ser facilmente retirada com espátula
Dezincificação - É a corrosão que ocorre em ligas de cobre-zinco, especialmente em latão. Isso explica o aparecimento de regiões com coloração avermelhada contrastando com a coloração característica do latão. Dizemos então, que a corrosão ocorre no zinco, restando assim o cobre, já que a cor avermelhada é característica deste.
Empolamento por Hidrogênio - Ocorre em regiões com descontinuidades, como inclusões e vazios, onde o hidrogênio atômico se difunde no material metálico transformando-se em hidrogênio molecular H2. Essa molécula exerce pressão e origina bolhas.
Em torno de cordão de solda - Esse tipo de corrosão ocorre em torno de cordão de solda e evidencia-se intergranularmente em aços inoxidáveis não-estabilizados ou com teores de carbono superiores a 0,03%.
Corrosão Induzida por Microorganismos
Pode ser provocados pela ação de bactérias, fungos e algas.
Casos
Deterioração de mármore e concreto – forma de alvéolos ou de escamações provocadas pela presença de ácido sulfúrico. Este é obtido pela reação de oxidação do SO2 em SO3 e umidade presente no ar, bem como, a ação microbiana de bactérias oxidantes do enxofre. 
Tubulações de distribuição de águas – A presença de depósitos , sob forma de tubérculos, de óxido de ferro hidratado, devido as bactérias oxidantes do ferro, pode entupir as tubulações ou criar condições para corrosão por aeração diferencial.
Sistema de resfriamento – São propícios ao crescimento de microorganismos e formação de biofilme, pois a água é aerada, está exposta a luz solar, tem pH entre 7 e 8 temperatura entre 27 e 80°C. Com o biofilme, as bactérias criam condições anaeróbicas.
Tubulações de condução de gás – redução do sulfeto por bactérias redutoras do sulfato Esta ação, além da corrosão provoca a contaminação do gás com excesso de gás sulfídrico.
Equipamentos de operações de usinagem – A corrosão de equipamentos na industria metalúrgica, que utiliza óleos de corte na usinagem, pode resultar na biodeterioração desses óleos. Com isso pode-se formar gases, que além de tóxicos para os operadores, podem ser corrosivos aos materiais metálicos empregados nos equipamentos. Aos óleos são empregados biocidas.
Aquecedores e válvulas de cobre – Também origina-se ácido sulfídrico, a partir das bactérias redutoras de sulfato na água usada para refrigeração.
Tubulações enterradas – Caso de corrosão em tubulações de aço inoxidável, que estão enterrados em solo com presença de sulfato , onde estes são reduzidos por bactérias.
Mecanismos do desenvolvimento das Bactérias
Compostos orgânicos dissolvidos na água são adsorvidos, iniciando a formação do biofilme.
Bactérias na fase aquosa se depositam, são as sésseis, ao contrário das plantônicas, que permanecem dispersas na fase aquosa. 
As bactérias sésseis formam um biofilme através da elaboração de polímeros extracelulares, ou exopolímeros, que podem ser polissacarídeos. Esses polímeros passam a envolver as células protegendo-as contraas condições adversas do meio ambiente, como por exemplo, biocidas.
Após a fixação, e havendo nutrientes, as bactérias se multiplicam, o biofilme vai crescendo e outros organismos, como fungos e algas podem aderir ao mesmo.
Meios Corrosivos
Atmosfera – Já foram feitas várias publicações científicas comprovando a ação da atmosfera no processo de corrosão.
A ação corrosiva da atmosfera depende fundamentalmente dos fatores:
Umidade relativa
Substâncias poluentes – particulados e gases
Temperatura
Tempo de permanência do filme do eletrólito na superfície metálica 
Além esses fatores, devem ser considerados os fatores climáticos, como intensidade e direção dos ventos, variações cíclicas de temperatura e umidade, chuva e insolação (raios ultravioletas).
A corrosão atmosférica, em função do grau de umidade na superfície metálica, pode ser classificada em seca, úmida e molhada. 
Corrosão atmosférica seca
Ocorre em atmosfera isenta de umidade sem qualquer presença de filme eletrólito na superfície metálica. Tem-se uma lenta oxidação do metal com a formação do produto de corrosão, podendo o mecanismo ser puramente químico.
 Ex: Escurecimento da prata ou de cobre por formação de Ag2S e CuS, devido a presença de H2S, na atmosfera e no meio ambiente.
Corrosão Atmosfera úmida
Ocorre com umidade relativa menor que 100%. Tem-se um fino filme de eletrólito, depositado na superfície metálica, e a velocidade do processo corrosivo depende da umidade relativa, poluentes atmosféricos e higroscopicidade dos produtos de corrosão.
Corrosão Atmosférica molhada
A umidade relativa está perto de 100% e ocorre condensação na superfície metálica, observando-se que a superfície fica molhada com o eletrólito, como, por exemplo, chuva e névoa salina depositados na superfície metálica.
Umidade Relativa
O ferro não sofre corrosão com umidade baixa.
Em trono de 60% é lento.
Acima de 70% ele é acelerado.
A umidade relativa pode ser expressa pela relação entre o teor de vapor d’água encontrado no ar e o teor máximo que pode existir no mesmo, nas condições consideradas, ou então pela relação entre a pressão parcial de vapor d’água no ar e a pressão de vapor d’água saturado, na mesma temperatura; ela é expressa em porcentagem.
Umidade Crítica
Definida como umidade relativa acima do qual o metal começa a corroer-se de maneira apreciável. Se além da umidade houver também a presença de substâncias poluentes, evidentemente a corrosão é acelerada.
A ação corrosiva é mais severa quando se tem carvão em forma de fuligem , dióxido de enxofre, devido ao poder de adsorção por gases apresentado pela fuligem. 
O carbono adsorve óxidos de enxofre, retendo-os em contato com o material metálico, e tendo-se então, a formação de ácido sulfúrico e consequentemente corrosão.
Substâncias Poluentes
Particulados – As partículas sólidas, sob forma de poeiras, existem na atmosfera a tornam mais corrosiva.
Deposição de material não metálico, como sílica, SiO2, que embora não atacando diretamente o material metálico, cria condições de aeração diferencial, ocorrendo corrosão localizada embaixo do deposito
Deposição de substâncias que retêm umidade, são higroscópicas, acelera o processo corrosivo, aumentam o tempo de permanência da água na superfície. Ex: Óxido de cálcio
Deposição de sais que são eletrólitos fortes, como sulfato de amônio, provenientes da amônia e óxidos de enxofre presentes na atmosfera, e cloreto de sódio – atmosfera marítima. 
Deposição de material metálico que tem eletrólito diferente daquele da superfície em que estiver depositado.
Deposição de partículas sólidas que, embora inertes para o material metálico, podem reter sobre a superfície metálica gases corrosivos.
Gases
Monóxido de carbono
Dióxido de carbono
Ozônio
Dióxido de enxofre
Dióxido de nitrogênio
Gás sulfídrico
Amônia
Cloreto de hidrogênio
Fluoreto de hidrogênio
Cloro
Águas Naturais
Os materiais metálicos em contato com a água tendem a sofrer corrosão, o qual vai depender de várias substâncias que podem estar contaminando a mesma, tais como:
Gases dissolvidos
Sais dissolvidos
Matéria orgânica de origem animal ou vegetal
Bactérias e algas
Sólidos suspensos
Solo
O comportamento do solo como meio corrosivo deve ser considerado de grande importância, levando-se em consideração as enormes extensões de tubulações enterradas, como oleodutos, gasodutos e outros.
Deve ser considerados atores de influência na corrosão metálica, a natureza do solo:
Tomada de amostra – variabilidade
Características físico-químicas
Condições microbiológicas
Condições operacionais 
Produtos Químicos
Em equipamentos usados em processos químicos deve-se levar em consideração duas possibilidades: deterioração do material metálico do equipamento e contaminação do produto químico.
Alimentos
A importância do efeito corrosivo dos alimentos está ligada a formação de possíveis sais tóxicos. Além do caráter tóxico dos sais resultantes, eles podem alterar características do alimento como sabor, aroma e aparência, bem como ocasionar rancidez.
Ex: Zinco, ferro e cobre – muda o aroma do leite
Ferro – escurece vegetais
Estanho – turva cerveja e vinhos brancos
Chumbo – causa saturnismo, doença que ataca sistema nervoso.
Corrosão Eletroquímica
Pode ocorrer sempre que existir heterogeneidade no sistema material metálico-meio corrosivo, pois diferenças de potencial resultante possibilita a formação de áreas anódicas e catódicas.
Os casos mais frequentes de heterogeneidade responsáveis por corrosão eletroquímica estão relacionadas com material metálico ou com meio corrosivo.
Material Metálico
 Contorno nos grãos – Ocorre um desarranjo no contorno dos grãos decorrente do encontro entre grãos, o que determina certas imperfeições no interior dos cristais.
Algumas experiências mostram que geralmente o contorno dos grãos funciona como área anódica em relação aos grão, que funciona como área catódica. Daí, provavelmente, ser um fenômeno eletroquímico o ataque preferencial em torno dos grãos (intergranular).
Orientação dos grãos – os grãos orientados em diferentes direções devem apresentar diferentes potenciais.
Diferença de tamanho dos grãos – Um grão fino, de um dado metal, contém energia interna em valor mais alto do que um grão grosseiro. Logo pode esperar , teoricamente, diferentes potenciais para estas espécies.
Tratamento térmico ou metalúrgicos diferentes – Se uma parte de uma superfície metálica sofrer tratamento térmico diferente das restantes regiões da superfície, ocorre diferença de potencial entre essas regiões. Isso ocorre em soldagem de peças metálicas. O aquecimento local modifica a natureza das fases presentes ou de suas composições, dando condições para criação de diferença da potencial. 
A área anódica não é a do cordão de solda, e sim a área em torno do mesmo. 
Meio Corrosivo
Aquecimento diferencial – Em certos processos ocorre aquecimento diferencial, isto é, parte de uma superfície metálica pode estar em contato com um líquido em uma temperatura e outra parte do mesmo material estar em contato com o líquido em uma outra temperatura, o que ocasiona correntes de corrosão. Esta situação ocorre em trocadores de calor, onde na região de entrada tem uma área mais aquecida. Forma-se uma pilha termogalvânica constituída dessa pequena área anôdica, com temperatura mais elevada, e da grande catódica em temperaturas mais baixas 
Iluminação diferencial – Quando áreas de uma superfície metálica, imersa em uma solução, são diferentemente iluminadas, podem apresentar diferentes potenciais. A mais iluminada é á área catódica, a presença de oxigênio dissolvidos na solução aumenta a ação da luz, formando talvez películas protetoras. 
Agitação diferencial – 
Concentração diferencial - 
Aeração diferencial – Têm-se aeração diferencial quando um material está imerso em regiões diferentemente aeradas, constituindo tipo diferente de heterogeneidade que conduz a formação de uma pilha de aeração diferencial. Como geralmente o oxigênio é que intervémno processo de aeração, o anôdo a área menos aerada e o cátodo a mais aerada.
Corrosão em Concreto
Podem estar associadas a:
Vibrações e erosões – mecânicas
Variações de temperatura – Físicos
Bactérias – biológicos
Produtos químicos – Químicos – HCl e H2SO4
A armadura não é suscetível de sofrer corrosão, a não ser que haja a deterioração do concreto. O concreto age como um inibidor do material metálico, se opondo a entrada de contaminantes.
Cavitação
Ocorre em regiões perto do concreto onde há corrente de água em grande velocidade, ou seja, com a queda da mesma forma bolhas de vapor d’água que são arrastadas, e que quando implodem transmite uma onde de choque para os materiais presentes, causando grandes danos ao concreto.
Formas de corrosão
Quando ocorre a deterioração do concreto por ação química observa-se:
Expansibilidade do concreto
Iixiviação de componentes: é a extração ou solubilização dos constituintes químicos de uma rocha, mineral, solo, depósito sedimentar e etc. pela ação de um fluido percolante.
Quando ocorre a corrosão eletroquímica do aço empregado nas armaduras pode apresentar, principalmente as corrosões:
Uniforme;
Puntiforme;
Intergranular;
Transgranular;
Fragilização por hidrogênio.
Mecanismo
Meio Corrosivo – composição química, concentração impurezas, pH, temperatura e sólidos em suspensão.
Material – composição química, presença de impurezas e processos de obtenção.
Condições operacionais – solicitações mecânicas, movimento relativo entre o material e o meio e condições de imersão no meio 
O mecanismo de deterioração química está associado à ação de substâncias química sobre componentes não metálicos do concreto; já na corrosão por mecanismo eletroquímico, esta ação se faz no material metálico, ou seja, armadura.
O concreto pode ser atacado por HCl, com a formação de cloreto de cálcio e sílica gel (SiO2).
O mecanismo eletroquímico do processo corrosivo origina nas áreas anódinas e catódicas do ferro.
Área anódica – Fe Fe²+ + 2e
Área catódica –
 não aerada – 2H2O + 2e H2 + 2OH-
 Aerada – H2O + ½ O2 + 2e 2OH-
Como produto da corrosão tem inicialmente o hidróxido de ferro II, no meio não aerado, se transforma em Fe3O4, magnetita, de cor esverdeada ou preta, por falta de oxigênio.
Em meio aerado, o hidróxido de ferro II, se transforma em hidróxido de ferro III, ou Fe2O3, castanho-alaranjado, por excesso de oxigênio. 
Fatores Aceleradores de corrosão
A armadura esta protegida quando usada em concreto, devido a alta alcalinidade e à ação isolante da massa de concreto. A alta alcalinidade, mantém o pH em torno de 12,5 o que provoca a passivação do aço empregado na armadura.
O estudo da corrosão deve ser feito não apenas no ocorrido na armadura, mas também no concreto.
Lixiviação - Eflorescência 
O Hidróxido de cálcio que tem uma solubilidade considerável em água de baixa dureza, no qual é obtido pela hidratação do cimento, provoca a deterioração do concreto. Ao entrar em contato com o ar, forma o Carbonato de cálcio, que é insolúvel. Por ser assim, aparece uma cor branca na superfície do concreto que é chamado de eflorescência
Carbonatação
Com a formação do carbonato de cálcio, ocorre a diminuição do pH de 8,5 a 9, possibilitando a despassivação do aço. Se houver excesso de CO2, pode ocorrer a formação de bicarbonato de cálcio, que sendo solúvel provoca ainda mais a corrosão do concreto. 
Ácidos
A presença deste tipo de matéria química pode diminuir o pH, causando a deterioração do concreto, e possibilitando a corrosão na armadura.
O ácido libera o H+, onde este penetra no concreto e forma o H2, hidrogênio molecular que destrói a armadura
Proteção
Formulação dos cimentos – 
Materiais compostos com polímeros
Revestimentos Protetores
Proteção catódica
Inibidores de corrosão
remoção de cloreto e realcalinização 
Corrosão Galvânica
Quando dois materiais, com diferentes potenciais, estão em contato em presença de um eletrólito, ocorre uma diferença de potencial e a conseqüente transferência de elétrons. Essa corrosão é resultado do acoplamento de materiais metálicos imersos em um eletrólito, causando uma transferência de carga elétrica de um para o outro, por terem potenciais elétricos diferentes. 
A corrosão localiza próxima a região de acoplamento, ocasionando profundas perfurações no material metálico que funciona como ânodo.
Proteção galvânica
Uso de inibidores
Isolamento elétrico dos materiais de potenciais diferentes.
PROTEÇÃO CÁTODICA
É técnica que está sendo aplicada com sucesso no mundo inteiro.
Mesmo sem revestimento este procedimento permite que o metal se mantenha livre da corrosão por tempo indeterminado. Mas para que haja maior retorno, fica viável a aplicação deste método em metal revestido.
MECANISMO
Geralmente os elétrons fluem do meio anódico para o catódico, afinal essas áreas possuem potenciais diferentes ao longo de uma tubulação ou de uma chapa mergulhada em um eletrólito, como solo ou água.
Proteger catodicamente uma estrutura, é permitir que todo metal adquira comportamento catódico. Isso é feito de forma artificial.
Se um novo circuito for estabelecido, compreendendo um bloco metálico extra, mergulhado no eletrólito, e uma fonte de força eletromotriz com o pólo positivo ligado a C e o pólo negativo ligado a A e B, tornando mais negativos por causa dos elétrons que escoam por eles para o eletrólito, consequentemente os pólos A e B funcionam como o catodo e ficam, portanto, protegidos. 
Sistemas de proteção Catódica
Proteção catódica galvânica ou por ânodos galvânicos ou de sacrifício
Proteção catódica por corrente impressa ou forçada
Proteção Catódica Galvânica
Neste processo o fluxo de corrente elétrica fornecido origina-se da diferença de potencial existente entre o metal a proteger e o outro escolhido como ânodo e que tem potencial mais negativo.
Os materiais utilizados na prática como ânodo galvânicos são ligas de magnésio, zinco ou alumínio. Para isso os metais devem:
Ter bom rendimento teórico da corrente em relação às massas consumidas.
A corrente não deve diminuir com o tempo
O rendimento prático da corrente não deve ser muito inferior ao teórico.
Potencial de corrosão suficientemente negativo
Alta eficiência do ânodo
Estado ativo para que o ânodo seja corroído uniformemente
PROTEÇÃO CATÓDICA POR CORRENTE IMPRESSA
Nesse processo o fluxo de corrente fornecido origina-se da força eletromotriz de uma fonte geradora da corrente elétrica contínua, sendo largamente utilizados na prática de retificadores que, alimentados com corrente alternada, fornecem a corrente elétrica contínua necessária à proteção da estrutura metálica. 
PROTEÇÃO ANÓDICA
Baseia-se na formação de uma película protetora, nos materiais metálicos, por aplicação de corrente anodica externa, que possibilita a passivação do material metálico.
Proteção contra Corrosão
O aço em contato com o meio ambiente tende a oxidar pela presença de O2 e H2O, começando pela superfície do metal até a sua total deterioração. 
 Algumas soluções reduzem ou mesmo eliminam a velocidade da corrosão, entre elas podemos sugerir a utilização de aços resistentes à corrosão atmosférica, aplicação de zincagem e pintura.
Aços Resistentes à Corrosão Atmosférica
Aços inoxidáveis – níquel e cromo
Aços patináveis ou aclimáveis – cobre e cromo – algumas siderúrgicas adicionam níquel, vanádio e nióbio.
Zincagem
O processo de corrosão dos metais está diretamente relacionado com o potencial de oxidação de eletrodo, que remove os elétrons do ferro formando cátions Fe²+, quanto mais positivo for o potencial de oxidação, mais reativo é o metal.
A proteção pelo uso de zinco consiste em combinar o zinco com o ferro, resultando no zinco como anodo e o ferro como cátodo, prevenindo assim a corrosão do ferro, uma vez que o zinco atua como uma barreira protetora evitando a entrada de água e ar atmosférico, além de sofrer corrosão antes do ferro.
Este tratamento garante à peça uma maior durabilidade,já que a corrosão do zinco é de 10 a 50 vezes menor que no aço em área industriais e rurais, e de 50 a 350 vezes em áreas marinhas.