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* * MÉTODOS DE PREPARAÇÃO DE SUPERFÍCIE E OS SISTEMAS DE REVESTIMENTO A eficiência dos revestimentos ou recobrimentos protetores, depende do preparo de superfície. * * TIPOS DE IMPUREZAS OLEOSAS 2) SEMI-SÓLIDAS 3) SÓLIDAS 4) ÓXIDOS E PRODUTOS DE CORROSÃO * * IMPUREZAS OLEOSAS - ÓLEOS MINERAIS - ÓLEOS GRAXOS - ÓLEOS DE LAMINAÇÃO - ESTAMPAGEM (chapa é colocada sobre uma matriz e submetida a uma força de um punção) - REPUXAMENTO - é uma técnica de dar forma ao material (chapas de aço carbono, aço inox, alumínio, latão e cobre) utilizando um torno de repuxo. - TREFILAÇÃO (é o processo de fabricação de arame e barras finas de metal) - PROTETORES OLEÓSOS CONTRA A CORROSÃO * * IMPUREZA SEMI-SÓLIDA Parafinas Graxas Ceras Sabão Protetor anti-corrosivo * Não apresentam grande dificuldade de remoção * * IMPUREZAS SÓLIDAS Partículas dispersas em massa de polimento; Resíduos carbonáceos de películas parcialmente carbonizadas. * * MEIOS DE REMOÇÃO DE IMPUREZAS DETERGÊNCIA: Desengraxamento Alcalino SOLUBILIZAÇÃO AÇÃO QUÍMICA: Decapagem - Decapagem ácida - Decapagem Alcalina AÇÃO MECÂNICA - Tipos de abrasivos - Equipamentos - Condicionamento da superfície * * DETERGÊNCIA: Desengraxamento Alcalino Quando se pretende remover os filmes e agregados de sujeira que se encontram aderidos às superfícies metálicas, mas que não tenham reagido. Alcalinos pesados – utilizados p/ limpeza do aço (alta conc. de NaOH) Alcalinos médios – No aço qdo. Existe pouca sugeira e nos metais macios (Al, latão, Zn) Alcalinos leves – ausente de alcalinidade (NaOH); para metais e ligas facilmente atacáveis) * * Solubilização Remoção por meio de solvente - Para óleos de natureza simples - Graxas com contaminação leve Solvente HC alifático (petróleo) HC aromático (carvão) Polares (cetona, álcool e fenol) Tricloroetileno (evita-se por ser cancerígeno) * * Decapagem ácida Dissolução de camadas de produtos de corrosão. (essencial o enxaguamento logo após...) Principais ácidos inorgânicos: - Ác. Sulfúrico comercial ( 5-25% m/m) – 60 a 80 o C. - Ác. Clorídrico comercial (25-50% V/V) – diss. dos óxidos - Ác. Fosfórico – ação lenta (15-40% m/m); 50-80 o C - Ác. Nítrico – usado na passivação dos aços inox, Al ou ligas, Ti ou ligas. - Ác. Fluorídrico – É muito tóxico, 0,5-5,0%, decapagem do ferro fundido. * * Decapagem alcalina Utiliza NaOH e KOH sobre metais chamados leves (Al, Zn). Para pequenas peças, usa-se combinação da ação mecânica fornecida por cavitação (limpeza ultrasônica) Pode ser empregado em conj. com a corrente elétrica. - quando colocado no catodo (desp. de H2 ) - quando colocado no anodo (desp. de O2) * * Ação Mecânica Também para remover óxidos. Uso de processo manual: -Martelo de impácto -Escova de aço -lixa raspadora Uso de processo mecanizado: -raspadeira -lixadeira -politrizes -martelete pneumático, etc.... * * Tipo de abrasivo Areia (ñ contaminada, dura, lavada, peneirada) Granalha de aço angular (grit); esférica (shot) Óxido de alumínio Esferas de vidro Escória proveniente da metalurgia do cobre (CuO, FeO) * * Areia utilizada na limpeza Granulometria (1º estágio 1,7 mm; 2º estágio 0,4 mm). * Restrição do jateamento seco (SiO2) Restrição (uso de jateamento úmido) *Para evitar rápida corrosão (NaNO2 ) -0,5% * Restrição para cloreto 40 ppm. * * Carepa de laminação (FeO; Fe3O4 ) Óxidos de ferro de alta dureza fortemente aderida Cor cinza ou preta azulada Coeficiente de dilatação # do aço (possib. Trincas - catodo) Sendo a carepa catódica em relação ao aço, ocorre oxidação do mesmoformação óxidos na interface desagregação da carepa. Na pintura de tanques é aconselhável deixar submetido as condições de intemperismo por um determinado tempo. * * Resumo Limpeza com solvente Limpeza manual Limpeza mecância Limpeza com chama Limpeza por jato abrasivo (aspirador de pó, ar comprimido seco e limpo, ou escova limpa) * * Conclusão Preparo de superfície melhora Aderência das tintas Retarda a corrosão das chapas Aumenta a proteção anticorrosiva do revestimento Elimina pequenos vestígios de ferrugem inda residuais * * PROTEÇÃO REVESTIMENTO METÁLICO * * Revestimento metálico Diferentes finalidades Decorativa – Au, Ag, Ni, Cr,... Resistência ao atrito – Índio Resistência a oxidação em contatos elétricos – Sn, Ag, Au, Ru. Endurecimento superficial – Cr Resistência a corrosão – Cr, Ni, Al, Zn, Cd, Sn, etc... * * Ação protetora dos metais utilizados no revestimento Formação de película protetora OBS: Metais usados no revestivmento apresentam valores elevados de sobretensão ou sobrevoltagem (Sn, Pb, Zn, Cd) * * Revestimentos catódicos Livres de falhas (presença de eletrólicos formam pilha galvânica) Exemplo de revestimento catódico em relação ao aço-carbono (Sn, Cu, Ni, Pb, Ag, inox) * * SISTEMAS DE PROTEÇÃO DE CORROSÃO PROTEÇÃO CATÓDICA * * PROTEÇÃO CATÓDICA é um dos métodos mais empregados para a proteção de grandes estruturas quer seja enterradas ou submersas (parcial ou totalmente). Tubulações e tanques de estocagem de gás e combustíveis diversos, plataformas de petróleo, navios, concreto armado, são protegidos por este método. * * PRINCIPIO DA PROTEÇÃO CATÓDICA O princípio da proteção catódica se baseia em levar o potencial de corrosão do equipamento a proteger para valores correspondentes à imunidade do material. Pode-se optar por um dos seguintes métodos para atingir este objetivo: 1) Proteção por ânodos de sacrifício 2) Proteção por corrente impressa . * * Proteção por anodo de sacrifício Na proteção por ânodos de sacrifício, o potencial adequado é alcançada devido ao contato elétrico entre o metal a proteger e um outro metal de potencial de corrosão inferior no meio onde estarão colocados. Os metais mais comuns para constituírem os chamados ânodos de sacrifício são: zinco, ligas de magnésio e ligas de alumínio * * ANODO DE SACRIFÍCIO Os anodos são conectados eletricamente ao equipamento a proteger. Forma-se um par galvânico e o potencial misto se posicionará em um valor intermediário entre a corrosão dos dois materiais. * * observações A quantidade, tamanho e distribuição dos ânodos é de suma importância para conseguir uma proteção efetiva, devido a uma série de fatores * * observações Não é conveniente em grandes estruturas, colocar os ânodos encostados no metal a proteger, pois isto fará com que haja uma grande concentração de corrente nesta região com menor influência sobre regiões mais longínquas o que torna a distribuição do potencial muito heterogênea. * * observações O zinco como ânodo é usado bastante em água do mar , como em navios, barcos, píeres etc. É necessário que o Zn seja bastante puro, principalmente isento de Fe, Cu, tendo em vista que estes elementos aumentam muito a reação catódica do hidrogênio sobre o metal. * * Observações Desse modo, se tem uma auto-corrosão do ânodo que torna anti-econômico o seu uso, pois parte da dissolução do metal se dá por causa da reação catódica que acontece sobre ele, em lugar daquela que acontece sobre o metal a proteger. * * observações Aliás, esse cuidado de evitar as impurezas metálicas, que possam catalisar a reação de hidrogênio, também se deve ter com os ânodos fabricados em ligas de Mg ou Al. * * MECANISMODE FUNCIONAMENTO DA PROTEÇÃO CATÓDICA * * Processo corrosivo de uma estrutura metálica O que provoca o fenômeno *Variação de composição química; *Presença de inclusões não metálicas; *Tensões internas diferentes provocadas pelo processo de conformação e soldagem; * * Agravante do problema da corrosão Resistividade elétrica; Grau de aeração; Composição química; Grau de umidade Variação de composição química; *Presença de inclusões não metálicas; *Tensões internas (≠) (conformação e soldagem) Pilha de corrosão causada pela variação da resistividade do solo * * Agravante (diferença do teor de oxigênio) Pilha de corrosão causada pela variação do grau de aeração do solo. * * Interpretação Fluxo de corrente através do eletrólito de do metal (cátions saem do anodo para a solução); Ao mesmo tempo os elétrons se dirigem do anodo para o catodo, seguindo o circuito metálico. Conclusão: A taxa de corrosão depende da intensidade da corrente que flui no sistema, e esta depende da fem (pilha) e das resistências ôhmicas. * * Proteção catódica Significa: Eliminar por processo artificial as áreas anódicas da superfície do metal, fazendo com que toda a estrutura do metal se torne catódica. O fluxo de corrente elétrica (AnodoCatodo) deixa de existir. * * Proteção catódica (Mecanismos que ocasionam a redução da corrosão) Potencial do metal atinge um valor, suficiente para que em todas as áreas do metal somente ocorre processo catódico. Inviabiliza a reação: M M+ + n e- (não ocorre) O eletrólito adjacente ao metal se torna básico devido as reações: H2O + 2 e + ½ O2 2 OH- 2 H2O + 2 e 2 OH- + H2 A elevação do pH pode acarretar precipitação de substâncias insolúveis (CaCO3) e Mg(OH)2 que que formam uma camada protetora. * * Proteção catódica Galvânica Neste processo o fluxo de corrente elétrica fornecido origina- se da diferença de potencial existente entre o metal a proteger e outro escolhido como anodo e que tem potencial mais negativo na tabela de potenciais, conforme pode ser observado na série galvânica. *Potenciais típicos normalmente observados em solos neutros e água, medidos em relação ao eletrodo de Cu/CuSO4 . Podem ser encontrados outros valores em outros tipos de solo. * * Materiais utilizados na prática como anodo galvânico Mg Zn Al * * Composição química recomendada para anodo de Mg, Zn, Al * * Aplicação típica dos anodos Galvânicos * * Observação Na tabela é observado que os “anodos galvânicos” são utilizados normalmente, para eletrólitos de baixa resistividade elétrica (até 3000 .cm). A ddp em jogo é muito pequena. É necessário circuito de baixa resistência para a liberação de corrente de proteção catódica. * * Observação Levando em consideração a observação anterior, a proteção galvânica é recomendada para proteção de estruturas metálicas que necessitem de pequena quantidade de corrente (5 A), (técnica e economicamente) * * Proteção galvânica para uma tubulação enterrada e uma chapa de aço imersa num eletrólito * * PROTEÇÃO POR CORRENTE IMPRESSA * * Proteção catódica por corrente impressa * * Proteção catódica por corrente impressa Aqui o fluxo de corrente impressa origina-se da FEM de um gerador de CC (neste caso, muito usado os retificadores de corrente). São usados eletrodos (anodos inertes), com características que dependem do eletrólito. Ver tabela. * * Tabela * * Vantagens do método Fonte geradora (retificador), pode ter a potência e a tensão de saída que necessita-se em função da resistividade do eletrólito. Baixa: 3000 – 10000 .cm Media: 10000 – 50000 .cm Alta: 50000 – 100000 .cm Altíssima: Acima de 100.000 .cm * * observação Quando os eletrodos inertes são enterrados no solo, há necessidade de envolver com enchimento condutor de coque metaúrgico moído (com resistividade máxima 100 .cm) Razão: Diminuir a resistência do aterramento Diminuir o desgaste do anodo. * * Exemplos Proteção por corrente impressa, (a) tubulação enterrada, (b) estaca de pier para atracação de navios. * * Reações envolvidas Se o anodo não for totalmente inerte No caso, eletrodo de grafite: C + O2 (g) CO2 (g) REAÇÃO CATÓDICA Aerada: H2 O + ½ O2 + 2e 2OH- Não Aerada: H2 O + 2e 2OH- + H2 * * Observações Não é necessário que o ânodo se dissolva, pois poderá ser um metal inerte que apenas sirva de sede de uma reação anódica qualquer, em geral a de liberação de oxigênio (oxidação da água). Pode-se, porém usar metais corrosíveis como, por exemplo,ligas de Fe-Si (que se corroem pouco), sucata de ferro ou aço (bastante barata). * * Observações Os ânodos que não se corroem se chamam de ânodos permanentes e em geral são de ligas de Ti, Nb ou Ta, platinizados ou revestidos com óxidos de outros metais nobres como irídio. * * Observações A vantagem destes é justamente a de não se dissolverem e portanto não ser necessária sua substituição periódica. Isto é particularmente importante, quando as estruturas a proteger estão enterradas em lugares de difícil acesso como no sub-solo de cidades ou em lugares afastados de centros de manutenção. * * Proteção catódica(aplicação de mais nobres) Aumenta a resistência à corrosão, torna a estrutura a proteger em catodo de uma célula eletroquímica, força alto grau de polarização catódica. Proteção catódica é empregado para estruturas enterradas ou submersas. Não pode ser usada em estruturas aéreas em face da necessidade de um eletrólito contínuo, o que não se consegue na atmosfera. Corrente de proteção aplicada > Corrente de corrosão (termodinamicamente impossível a corrosão) * * Ex: Proteção catódica Tubulação enterrada; Estruturas enterradas; cascos de navios; tanques de armazenamento de petróleo e derivados; equipamentos da indústria química e estruturas metálicas marítimas. * * Mecanismos que ocasionam redução do processo corrosivo quando se aplica a proteção catódica I) Potencial do metal é diminuído a um valor tal que em todas as áreas do metal só ocorre um processo catódico que impede a corrosão * * Mecanismos que ocasionam redução do processo corrosivo quando se aplica a proteção catódica II) o eletrólito, adjacente à superfície metálica, se torna mais básico, devido à redução dos íons de hidrogênio: H20 + ½ O2 + 2 e- 2(OH)- * No caso de metais ferrosos, esta elevação de pH pode servir de inibição para a corrosão. * * Mecanismos que ocasionam redução do processo corrosivo quando se aplica a proteção catódica III) A elevação de pH pode acarretar a precipitação de compostos insolúveis, como CaCO3, e Mg(OH)2, que podem depositar-se sobre o metal produzindo uma camada protetora. * * COMPROVAÇÃO DA PROTEÇÃO * * Teste na superfície do material 1)Retira-se o revestimento, expondo-se então a superfície metálica. Papel de filtro umedecido com ferricianeto de potássio é colocado em contato com a superfície do metal. Recobre-se com o solo e depois observa-se a coloração. O teste é apenas qualitativo * * CUPOM DE TESTE 2) Uso do cupom de teste Pedaços de metal similar ao da tubulação, cuidadosamente pesados, são conectados ao tubo por meio de um condutor isolado, ficando enterrados ali alguns meses ou mesmo um ano, após o que serão adequadamente limpos e pesados. A perda de massa (se existir) dá uma ideia da eficiência da proteção catódica instalada. * * Medição do potencial Verifica-se o potencial da estrutura para o solo usando-se o eletrodo de referência Cu/CuS04 , ou da estrutura para a água do mar usando-se o eletrodo de Ag/AgCl.* * Comparação entre sistemas galvânicos e por corrente impressa * * MEDIÇÕES E TESTE DE CAMPO * * 1) Medições das resistividades elétricas Finalidades: Avaliar as condições de corrosão a que estará sujeita a estrutura metálica; Definir sobre a utilização de sistema galvânico ou por corrente impressa; Escolher os melhores locais para a instalação dos anodos; Estudar os problemas de indução de corrente elétrica em tubulações enterradas, causados por linhas de transmissão elétrica em alta tensão. * * 2) Medições dos potenciais estrutura/eletrólito Usa-se voltímetros apropriados com alta resistência interna e eletrodo de referência, como os de Cu/CuS04 ou Ag/AgCl, conforme esquema. Finalidade avaliar as condições de corrosividade a que está sujeita a estrutura metálica; b) detectar e estudar os problemas de corrosão eletrolítica que possam ocorrer utilizando-se, para esses casos, além do voltímetro convencional um voltímetro registrador, que permite medições prolongadas em cada ponto testado com registros dos potenciais observados; c) verificar se a estrutura encontra-se protegida após a instalação do sistema de proteção catódica. * * 3) Escolha dos locais para instalação Para a definição do melhor sistema de proteção catódica a ser instalado deve ser levado em considerações os seguintes fatores: a) Locais de baixa resistividade elétrica; b) Distribuição de corrente ao longo da estrutura; c) Locais de fácil acesso para a montagem e inspeção; d) Locais onde haja energia elétrica em corrente alternada, para o caso da instalação de retificadores e anodos inertes. * * 4) Testes para a determinação da corrente necessária Realizados mediante injeções de corrente na estrutura com o auxílio de uma fonte de corrente contínua (bateria, retificador) e uma cama de anodos provisória (sucata de aço) conforme mostrado no esquema. * * Importante para determinar a densidade de corrente elétrica (A/m2) * * Cálculo da corrente elétrica de proteção Quando a corrente elétrica necessária para a proteção catódica de uma determinada estrutura não pode ser obtida no campo, por intermédio do teste de corrente, ela precisa ser calculada. * * Eficiência do revestimento Estimado em função da experiência do projetista e depende do revestimento * * Cálculo da área Considera-se apenas as partes em contato com o eletrólito. * * Densidade de corrente elétrica (Dc) a) considerar a superfície a proteger completamente nua, sem revestimento; b) o valor Dc depende da resistividade do eletrólito, segundo a equação: Dc = 73,73 - 13,35 log Onde; = resistividade elétrica do eletrólito, em .cm. *Se a resistividade elétrica do eletrólito (solo, água, etc.) não for medida corretamente no campo, a densidade de corrente apresentará um erro que poderá comprometer o sistema de proteção catódica. * * Fator de correção da velocidade Utilizado quando há movimentação do eletrólito em relação a estrutura. Valor obtido pela tabela: * * De posse do valor da corrente de proteção, podemos escolher o sistema a ser utilizado (Galvânico ou corrente impressa) Não esquecendo o aspecto técnico e econômico e (material, tipo, condições de operação, dimensão, forma geométrica, tipo de revestimento, localização, etc.) * * POR ANODO GALVÂNICO Cálculo da resistência O sistema de proteção funcionará de acordo com a Lei de Ohm: I = V/Rt I = Corrente elétrica de proteção, em ampèr V= diferença de potencial entre o anodo galvânico, utilizado e a estrutura a proteger, em volts. Rt = Resistência total do circuito de proteção catódica, em ohm. * * Para aplicação correta da equação devemos observar: O valor de I ou sua soma, deve ser maior ou igual à corrente necessária. 2) V significa a diferença entre o potencial natural do anodo, mostrado na Tabela e o potencial de proteção do material metálico da estrutura (—0.80 V para o aço em relação ao eletrodo de Ag/AgCl ou —0.85 V para o eletrodo de Cu/CuS04). * * Para aplicação correta da equação devemos observar: 3) O valor de Rt, pode ser calculado com auxílio da equação: Rt = Rca + Rc + Ra Rca= Resistência do cabo elétrico de ligação, quando existente , entre anodo , ou anodos e a estrutura metálica (depende do comprimento e bitola do cabo, obtêm-se através de tabelas dos fabricantes. Rc= Resistência de contato entre a estrutura (catodo) e o eletrólito que a envolve. Para o caso dos sistemas onde o eletrólito é de baixa resistência, o valor pode ser desprezado. Ra= Resistência de contato entre o ando, ou anodos e o eletrólito, pode ser calculado através de formulas empíricas. * * Calculo da resistência de um anodo cilíndrico instalado na posição vertical Rv = (0,0052 )/L 2,3 log (8L/d) - 1 Onde; Rv = resistência de um anodo vertical, ohm. = resistividade elétrica do eletrólito, .cm. L = comprimento do anodo, pés. d = diâmetro do anodo em pés. * Quando se usa enchimento condutor, os valores de L e d podem ser o comprimento e o diâmetro da coluna de enchimento. * * Cálculo da resistência de um grupo de anodos verticais, instalados em paralelos. Ra = resistência dos diversos anodos verticais, ohm N = número de anodos S = espaçamento entre anodos, em pés. * * Cálculo da resistência de um anodo cilíndrico, instalado na posição horizontal Rh = resistência do anodo horizontal, em ohm. p = dobro da profundidade do anodo, pés. Obs: Para resistência de “N” anodos, dividir o valor de “Rh” por “N”. * * Cálculo da vida dos anodos galvânicos Para o cálculo do tempo de duração dos anodos galvânicos ou definição da massa total de anodos a ser utilizada para uma determinada vida, a seguinte expressão pode ser utilizada: Onde, V = vida dos anodos, em anos. M = massa total de anodos, em Kg. C = capacidade de corrente do anodo, em A.h/kg (tabela) I = corrente liberada pelos anodos, em ampèr 0,85 = fator de utilização do anodo (85%) * * Por corrente Impressa ou Forçada Também, obedece a lei de Ohm ; I = V/Rt I = Corrente de proteção em ampèr, para cada conjunto retificador/cama ou leito de anodos a ser instalado. V = tensão de saída, em corrente contínua. Os retificadores podem ser dimensionados para ampla faixa de saída. Para instalação terrestre, tensões 30 V a 100 V e corrente 5A a 50 A. Para instalações marítimas, tensões de 10 V a 20 V, corrente de 50 A a 400 A. Rt = Resistência total do circuito de um conjunto retificador/cama de anodos. A resistência Rt deve ser menor que a resistência nominal do retificador, Rr. Em gjeral , usa-se Rr 1,2 Rt. * * Cálculo da vida dos anodos inertes V = vida dos anodos, em anos M = massa total dos anodos, em kg D = desgastes esperado do anodo, em kg/A.ano (tabela). I = Corrente injetada pelo retificador, A. 0,85 = fator de utilização dos anodos * * PROTEÇÃO ANÓDICA * * Proteção catódica forçada com corrente imposta Emprego de uma fonte geradora de corrente contínua, (-) é ligado à estrutura, (+) é ligado a anodos auxiliares ( inerte ao meio, mas condutor de elétrons, como o grafite, ferro silício, chumbo) Voltagem aplicada deve ser suficiente para suprir uma densidade de corrente adequada em todas as partes da estrutura a ser protegida. Em solos ou águas de alta resistividade, a voltagem deve ser mais elevada do que em solos de baixa resistividade. * * Proteção anódica Aumento RC : Aplicação de uma iA na estrutura a proteger. A iA favorece a passivação do material dando-lhe resistência à corrosão. Sucesso somente para os metais e ligas formadores de película protetoras, Ex:Ti, Cr, ligas de ferro-cromo, ligas de ferro-cromo-níquel. Maior interesse p/ (eletrólitosfortes), Ex: tanque metálico para armazenamento de ácidos. Formação da película protetora e mantém a estabilidade desta película. * *
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