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1 Controlar a corrosão significa controlar a reação do metal com seu meio, de forma que as propriedades físicas e mecânicas do metal sejam preservadas durante seu tempo de vida útil. Ex.: A vida útil dos componentes metálicos de uma ponte varia de 40 a 60 anos De um refrigerador é cerca de 10 anos E muito menos para indústrias químicas Controle da corrosão 2 O programa de controle da corrosão Programa de controle da corrosão Parâmetros de processo Monitoração Ações Corretivas Controle da corrosão 3 Do ponto de vista industrial, a economia dita os métodos a serem utilizados. Ex.: é mais econômico substituir certo equipamento ou fabricá-lo com materiais que são altamente resistentes à corrosão, entretanto, mais caros, de modo que durarão mais. Controle da corrosão 4 Modificação do metal Modificação do meio Modificação de processo Controle da corrosão 5 Controle da corrosão Seleção de materiais Revestimentos Projeto Proteção anódica e catódica Controle do ambiente Metálico Não-metálico Metálico Inorgânico Orgânico - Evitar tensões excessivas - Evitar o contato entre materiais diferentes - Evitar fendas - Excluir ar - Temperatura - Velocidade - Oxigênio - Concentração - Inibidores - Limpeza Controle da corrosão 6 Seleção de materiais Materiais Metálicos Um dos métodos mais comuns de controle de corrosão é o uso de materiais mais resistentes à corrosão para um determinado ambiente em particular. • Devem ser consultados manuais e dados de corrosão para se ter a certeza de que o material apropriado será utilizado. • Uma consulta adicional com especialistas em corrosão nas empresas que produzem os materiais também seria útil para verificar as melhores seleções. Controle da corrosão 7 Seleção de materiais Materiais Metálicos Existem algumas regras gerais que são aplicadas durante a seleção de metais e ligas resistentes à corrosão para aplicações de engenharia. Estes são: 1. Utilizar ligas de níquel e cobre sob condições redutoras e não oxidantes, tais como ácidos livres de ar e soluções aquosas. 2. Sob condições oxidantes >> ligas contendo cromo. 3. Sob condições de oxidação extremamente fortes, é comum que o titânio e suas ligas sejam usados. Controle da corrosão 8 Seleção de materiais Materiais Metálicos >> Deve se tomar muito cuidado para garantir que os aços inoxidáveis não sejam usados em aplicações para as quais eles não são adequados. Controle da corrosão 9 Seleção de materiais Materiais Não Metálicos o Materiais poliméricos são mais fracos, mais macios e, em geral, menos resistentes a ácidos inorgânicos fortes do que metais e ligas, portanto, seu uso principal para resistência à corrosão é limitado. o Materiais cerâmicos têm excelente resistência à corrosão e altas temperaturas, mas têm a desvantagem de serem frágeis e com baixa resistência à tração. Materiais não metálicos são usados principalmente no controle de corrosão na forma de forros, juntas e revestimentos. Controle da corrosão 10 As condições ambientais podem ser muito importantes para determinar a severidade da corrosão. Os métodos mais úteis para reduzir a corrosão através de mudanças ambientais são: 1) diminuição da temperatura: Reduzir a temperatura de um sistema geralmente reduz a corrosão, devido a taxas mais baixas de reação a temperaturas mais baixas. No entanto, existem algumas exceções em que a situação é inversa. Por ex., a água salgada em ebulição é menos corrosiva que a água salgada quente, por causa da diminuição da solubilidade do oxigênio com o aumento da temperatura. Controle da corrosão Controle do ambiente 11 2) diminuição da velocidade dos líquidos: A diminuição da velocidade de um fluido corrosivo reduz a erosão-corrosão. Apesar disso, para metais e ligas que são passivadas, soluções estagnadas devem ser evitadas. 3) remoção do oxigênio dos líquidos: é por vezes útil na redução de corrosão. Por ex., a água que alimenta caldeiras é desaerada para reduzir a corrosão. Apesar disso, em sistemas que dependem de oxigênio para passivação, a desaeração é indesejável. Controle da corrosão Controle do ambiente 12 4) redução da concentração de íons: Com a variação de pH pode se alterar a concentração de íons e pode diminuir a taxa de corrosão do metal. Por ex., diminuindo a concentração de íons cloreto em uma solução de água irá reduzir o ataque corrosivo aos aços inoxidáveis. Controle do ambiente Controle da corrosão 13 5) Adição de inibidores aos eletrólitos: Inibidores são essencialmente catalisadores retardantes. A maioria dos inibidores foi formulada por experimentos empíricos e muitos são encontrados na natureza. Por ex., os inibidores do tipo de absorção são absorvidos em uma superfície e formam um filme protetor. O tipo de inibidor desoxidante reage para remover agentes corrosivos da solução, como o oxigênio. Controle do ambiente Controle da corrosão 14 Inibidor é uma substância ou mistura de substâncias que, quando presente em concentrações adequadas, no meio corrosivo, reduz ou elimina a corrosão. Inibidores de Corrosão Controle da corrosão 15 Para que a utilização dos inibidores seja satisfatória, é preciso considerar os aspectos: causas da corrosão no sistema custo da sua utilização propriedades e mecanismos Inibidores de corrosão 16 as condições adequadas de adição e controle, deve- se evitar: • formação de espuma; • formação de grande espessura de depósito; • efeitos tóxicos; • ac ̧ão poluente; • perda de inibidores; • reações entre os inibidores; • políticas ambientais. Inibidores de corrosão 17 Baseadas: • quanto à composic ̧ão: inibidores orgânicos e inorgânicos; • quanto ao comportamento: inibidores oxidantes, não oxidantes, anódicos, catódicos e de adsorção. Inibidores de corrosão 18 Atuam reprimindo reações anódicas. • Polarizac ̧ão anódica • Diminuem a corrente de corrosão • Reagem com um produto de corrosão • Forma um filme aderente, insolúvel e contínuo sobre o metal • São inibidores passivadores Inibidores Anódicos Inibidores de corrosão 19 Entre os mais empregados estão os cromatos, devido à eficiente proteção aliada de aplicabilidade para diferentes metais. Os cromatos solúveis são, sob várias condições, os mais efetivos inibidores de corrosão para ferro, aço, zinco, alumínio, cobre, latão, chumbo e diversas ligas. Mesmo relativamente pequenas concentrações de cromato, presentes em águas ou em soluções salinas corrosivas, ocasionam substancial redução da taxa de corrosão. >> poluic ̧ão ocasionada por despejos industriais contendo cromatos. Inibidores de corrosão Inibidores Anódicos 20 Atuam reprimindo reações catódicas. São substâncias que fornecem íons metálicos capazes de reagir com a alcalinidade catódica, produzindo compostos insolúveis. Esses compostos insolúveis envolvem a área catódica, impedindo a difusão do oxigênio e a condução de elétrons, inibindo assim o processo catódico. Essa inibição provoca acentuada polarização catódica. Inibidores Catódicos Inibidores de corrosão 21 Sulfatos de zinco, de magnésio e de níquel são usados como inibidores catódicos >> pois os íons Zn2+, Mg2+, Ni2+ formam com as OH- na área catódica, os hidróxidos insolúveis: • Zn(OH)2 • Mg(OH)2 • Ni(OH)2 >> cessando o processo corrosivo. Inibidores de corrosão Inibidores Catódicos 22 Funcionam como películas protetoras. Formando películas sobre as áreas anódicas ou catódicas ou ambas, interferindo com a ação eletroquímica. Nesse grupo estãoincluídas substâncias orgânicas com grupos fortemente polares que dão lugar à formação de películas por adsorção. Ex.: sabões de metais pesados, aldeídos, aminas, ureia, etc. Inibidores de Adsorção Inibidores de corrosão 23 As películas de proteção são afetadas por: o velocidade do fluido, o volume, o concentrac ̧ão do inibidor usado para tratamento, o temperatura do sistema, o tipo de substrato eficaz para adsorção do inibidor, o tempo de contato entre o inibidor, o superfície metálica, o composic ̧ão do fluido do sistema. Os inibidores de adsorção são eficazes, mesmo em pequenas concentrações. Inibidores de corrosão Inibidores de Adsorção 24 Um material metálico, ou contendo componentes metálicos, se não for adequadamente protegido, durante sua fabricação, estocagem ou transporte, pode sofrer corrosão antes mesmo de sua utilizac ̧ão, tornando-se inadequado para uso. Inibidores de proteção temporária Inibidores de corrosão 25 As medidas usuais de proteção temporária contra corrosão podem ser apresentadas da seguinte forma: • controle do meio ambiente — ventilação, desumidificação, controle de impurezas do ar; • emprego de substâncias anticorrosivas formadoras de películas de proteção — óleos protetores, graxas protetoras etc.; • uso de embalagem adequada, usando papéis impregnados com inibidores de corrosão, inibidores voláteis e desidratantes (como sílica gel, alumina ativada, óxido de cálcio etc.); • uso combinado das medidas anteriores. Inibidores de corrosão 26 Nas formulações de protetivos temporários são usados: • materiais formadores de películas como óleos, graxas, ceras, resinas e vaselina; • solventes — água e solventes orgânicos como querosene e solventes clorados; • inibidores de corrosão, geralmente compostos polares de enxofre e nitrogênio; • agentes desaguantes; • neutralizadores de ácidos; • eliminadores de impressões digitais. Inibidores de corrosão 27 Os protetivos temporários formadores de películas podem ser divididos em grupos e subgrupos, tendo-se: I. Protetivos aplicados por diluic ̧ão em água: Ex.: protetivos emulsionáveis em água que deixam, por evaporação, uma película oleosa; óleos protetivos solúveis em água. >> usados em ambiente interno, para proteção de peças de ferro ou de aço, durante operações intermediárias de usinagem (retificação, fresa, trefilação e outras), ou durante um pequeno tempo de armazenamento ou transporte. Inibidores de proteção temporária Inibidores de corrosão 28 Os protetivos temporários formadores de películas podem ser divididos em grupos e subgrupos, tendo-se: II. Protetivos temporários, tipo óleo: Ex.: óleos anticorrosivos para proteger superfícies metálicas expostas. >> para tanques de navios e similares, proteção de chapas, fitas, peças estampadas, forjadas ou fundidas, compressores, bombas, motores e caixas de engrenagens. Inibidores de proteção temporária Inibidores de corrosão 29 III. Protetivos temporários contra corrosão aplicados por diluição em solventes voláteis: São líquidos anticorrosivos que, após a evaporação do solvente, deixam uma película. Ex.: oleosa ou graxa do tipo não secativo; semissecativa, cerosa e firme; secativa dura, elástica e transparente, semelhante a um verniz; plástica, facilmente destacável. >> protec ̧ão de máquinas, eixos, ferramentas, peças de reposição, brocas e ferragens. Inibidores de proteção temporária Inibidores de corrosão 30 IV. Protetivos temporários aplicados a quente: Ex: produtos à base de vaselina e ceras que formam uma película macia, espessa e graxosa; produtos termoplásticos formadores de película grossa, resistente e facilmente destacável. >> protec ̧ão de peças usinadas ou retificadas, ferramentas, matrizes, tubos roscados e cabos de aço. Inibidores de proteção temporária Inibidores de corrosão 31 Frasco da esquerda: lã de aço e papel impregnado com inibidor em fase vapor. Frasco da direita: lã de aço sem inibidor em fase vapor. Inibidores de corrosão Inibidores em Fase de Vapor Esses inibidores são sólidos voláteis que, ao serem colocados em espaços fechados, saturam o ar com seus vapores. 32 A eficiência de um inibidor pode ser determinada pela utilização da expressão: 𝐸𝑓 = 𝑇𝑠− 𝑇𝑐 𝑇𝑠 x100 onde: Ef: eficie ̂ncia em porcentagem Ts: taxa de corrosão sem uso de inibidor Tc: taxa de corrosão com uso de inibidor. Eficiência dos Inibidores Inibidores de corrosão 33 Modificação de processo/projeto 34 Compatíveis: • aço-carbono — ácido sulfúrico concentrado (acima de 85%); • aços inoxidáveis — ácido nítrico, ácido sulfúrico diluído, álcalis (exceto sob tensão em soluções alcalinas concentradas e aquecidas); • alumínio — ácidos nítrico (80%, mesmo acima de 50°C), acético, cítrico, tartárico, maleico e graxos, etc • cobre — água do mar, exposição atmosférica, etc Compatibilidade entre materiais e meios Incompatíveis: • zinco — atmosferas industriais; • alumínio— mercúrio e sais de mercúrio; • cobre e suas ligas — ácidos nítrico, sulfúrico (concentrado e a quente), amônia e soluções amoniacais em presença de oxigênio, gás sulfídrico; • níquel e suas ligas — enxofre e sulfeto (principalmente em temperaturas elevadas); • magnésio — ácidos inorgânicos ou orgânicos; • zirco ̂nio — cloro úmido e ácido fluorídrico; etc Modificação de projeto 35 Na especificação de materiais, deve-se considerar, além das variáveis do processo corrosivo, aquelas relacionadas com: • propriedades mecânicas e aparência; • facilidade de obtenção, de soldagem e de usinagem; • compatibilidade com equipamentos já existentes; • disponibilidade e tempo de fornecimento; • segurança; • vida estimada do material ou processo; • custos dos materiais, de fabricação, de inspeção e de manutenc ̧ão; • retorno do investimento. Modificação de projeto 36 Algumas regras gerais: • superdimensionar adequadamente as espessuras das diferentes partes dos materiais, tendo conhecimento prévio do tipo e intensidade de corrosão que devem ser esperados durante a utilizac ̧ão do equipamento; • evitar o aparecimento de tensões nas estruturas devido a possíveis expansões térmicas e a aplicação de esforços, que são perigosos, sobretudo quando localizados; Modificação de projeto 37 Detalhes construtivos que possibilitam áreas de estagnação de líquidos. • manter lisas e livres de reentrâncias e frestas as superfícies por onde passam líquidos, para evitar gradientes de oxigênio e de íons metálicos nos lugares de acúmulo de líquido, que provocariam corrosão por aerac ̧ão diferencial ou por concentrac ̧ão iônica. Modificação de projeto 38 • Considere a ação da penetração da corrosão junto com os requisitos de resistência mecânica ao considerar a espessura do metal usado. • Projete sistemas para fácil remoção e substituição de peças que devem (se espera) falhar rapidamente durante o serviço. • Projete sistemas de aquecimento para que os pontos quentes não ocorram. Modificação de projeto 39 Início de corrosão em soldas descontínuas. • usar soldas bem acabadas e contínuas (evitar bolsas, reentrâncias etc.) e aliviadas de tensões, em lugares onde seria possível usar esse tipo de junc ̧ão; Modificação de projeto 40 Detalhes construtivos causadores de erosão por impingimento. • evitar curvas acentuadas em sistemas de tubulação onde ocorra escoamento. • evitar cantos vivos onde películas protetoras de tintas possam romper-se mais facilmente;Modificação de projeto 41 Detalhes construtivos causadores de erosão por cavitação. Modificação de projeto 42 Várias possibilidades para evitar corrosão galvânica. Modificação de projeto • Se possível, use metais galvanicamente semelhantes em toda a estrutura. Se for necessário parafusar metais diferentes e galvanizados, use juntas e arruelas não metálicas para evitar o contato elétrico entre os metais. 43 Várias possibilidades para evitar corrosão galvânica. Modificação de projeto 44 Tanque com corrosão no costado próximo à base. Modificação de projeto 45 Detalhes para evitar corrosão em parte inferior de pilares. Modificação de projeto 46 Corrosão no apoio de tubulação Modificação de projeto 47 Apoio de tubulação que impede corrosão. Apoio de polipropileno. Modificação de projeto 48 Tubulações posicionadas de maneira a possibilitar corrosão das mesmas. Modificação de projeto 49 • em equipamentos e tubulações com isolamento térmico, procurar usar isolamento pouco absorvente, evitar frestas, etc. Aplicar, antes do isolamento, pintura com tintas resistentes a temperaturas elevadas; • evitar áreas, em equipamentos, em que possam ocorrer formação de vapor d’água e condensação, alternância de umedecimento e secagem ou condições que possibilitem o aumento da concentração de cloreto, principalmente em trocadores de calor posicionados verticalmente; • usar os metais mais resistentes à corrosão, dentro das limitações de emprego e custo; • estabelecer condições de relação área anódica/área catódica para valores maiores do que um. Modificação de projeto 50 Em resumo, projetar sistemas com as condições mais uniformes possíveis e evitar heterogeneidade. Modificação de projeto 51 Revestimentos 52 Impurezas A limpeza e a preparação da superfície é, sem dúvida alguma, uma das etapas mais importantes para que um revestimento apresente o desempenho esperado. Por exemplo, a presença de sais na superfície, como os cloretos e os sulfatos, contribui de forma substancial para a rápida degradação dos revestimentos. >> aumentam a taxa de absorção de umidade da atmosfera, facilitando, assim, a ocorrência de várias reações químicas ou eletroquímicas na interface metal/revestimento. Preparação da superfície 53 Meios de remoção de impurezas Existem normas para padronização de limpeza Preparação da superfície 54 Poeira de sílica resultante do jateamento abrasivo com areia seca. Jateamento abrasivo sem poeira: jateamento com areia molhada. Preparação da superfície 55 Normatização Normas estabelecem graus de enferrujamento a que uma chapa laminada a quente pode chegar, durante a eliminação da carepa de laminação por intemperismo. Preparação da superfície 56 Tanques evidenciando os diferentes graus de enferrujamento da carepa de laminação indicados pelas setas • grau A — superfície de aço com a carepa de laminação intacta e praticamente sem corrosão; • grau B — superfície de aço com princípio de corrosão, onde a carepa de laminação começa a desagregar; • grau C — superfície de aço onde a carepa de laminação foi eliminada pela corrosão ou que possa ser removida por meio de raspagem, podendo apresentar formação leve de alvéolos; • grau D — superfície de aço onde a carepa de laminação foi eliminada pela corrosão com formação de severa corrosão alveolar. Normatização 57 Tanques que permaneceram um longo período após o grau D de enferrujamento, sofrendo, além da oxidação da carepa, corrosão das chapas do costado e do teto. Normatização 58 Revestimentos 59 Revestimentos Revestimentos Metal a proteger Meio corrosivo Revestimento 60 Revestimentos metálicos Os revestimentos metálicos são usados com diferentes finalidades, como: • decorativa; • resistência ao atrito; • resistência à oxidação em contatos elétricos; • endurecimento superficial; • resistência à corrosão; • recuperação de peças desgastadas. Revestimentos 61 Revestimentos metálicos As técnicas mais frequentemente usadas para aplicação de revestimentos metálicos são: cladizac ̧ão, imersão a quente, aspersão térmica (metalização), eletrodeposic ̧ão, cementac ̧ão, deposic ̧ão em fase gasosa, reduc ̧ão química. Revestimentos 62 Cladização >> Pode ser feito pela laminação conjunta, a quente, de chapas do metal-base e do revestimento, pelo processo de explosão ou por solda. >> tem-se a cladização em consequência do duplo efeito do aquecimento intenso e da forte prensagem resultante de uma explosão feita sobre as duas chapas metálicas superpostas. Direção de detonação Explosivo Metal do clad Jato Material a ser protegido Revestimentos 63 Cladização Parte de tanque de aço-carbono com a superfície interna cladizada com aço inoxidável AISI 304. Revestimentos 64 Imersão a quente >> se obtém por imersão do material metálico em um banho do metal fundido. Aluminização >> revestimento de aço-carbono com alumínio, obtido por imersão do aço em banho de alumínio puro, ou alumínio contendo 5-10% de silício, fundido a 650°C: obtém-se uma camada exterior de Al ou Al-Si e uma camada intermediária de liga Al-Fe ou Al- Fe-Si. >>> apresenta ainda resistência à oxidação em temperaturas da ordem de 510-670°C. Revestimentos 65 Imersão a quente Galvanizac ̧ão ou zincagem por imersão a quente >> peça de aço é mergulhada em um banho de zinco, existe um período inicial de segundos ou minutos, que é função das dimensões da peça, em que o aço é trazido até a temperatura do banho (440 – 480 °C). Ao ser alcançada esta temperatura, forma-se uma camada aderente de liga de Zn-Fe na superfície do aço e outra de zinco puro. A sua formação é mais rápida quanto mais alta for a temperatura do banho e sua espessura cresce com o tempo de permanência nele. Revestimentos 66 Aspersão térmica - Metalização Basicamente, utiliza-se uma pistola de aspersão ou metalizac ̧ão, dotada de chama oxiacetilênica, alimentada com fio ou pó do material metálico a ser usado como revestimento. A liga ou o metal, é aquecido até fusão e por meio de ar comprimido é projetado, sob a forma de finíssimas partículas, em um substrato adequadamente preparado, (como por jateamento abrasivo). Quando as partículas metálicas tocam o substrato se solidificam, ligando-se à superfície metálica em camadas lamelares. Aspecto da superfície após metalização. Revestimentos 67 Eletrodeposição Gera revestimento muito fino e relativamente livre de poros. >> o material a ser protegido é colocado como catodo de uma cuba eletrolítica, onde o eletrólito contém sal do metal a ser usado no revestimento podendo o anodo ser também do metal a ser depositado. Revestimentos 68 Difusão Cementação O material metálico é posto no interior de tambores rotativos em contato com mistura de pó metálico e um fluxo adequado. Esse conjunto é aquecido a altas temperaturas Permitindo a difusão do metal no material metálico. Deposição em fase gasosa A substa ̂ncia volatilizada, contendo um sal do metal a ser usado como revestimento, é passada sobre o material aquecido a ser revestido; Resultando em deposição do metal ou em formação de uma liga com o metal-base do substrato. Revestimentos 69 Redução química São os revestimentos obtidos pela redução de íons metálicos existentes na solução. O metal é precipitado, formando uma película aderente à base metálica. É um método conveniente para revestir peças de formas complicadas e interior de tubos que sejamdifíceis de serem revestidos por outros métodos. Revestimentos 70 Revestimentos não – metálicos inorgânicos 71 Revestimentos não-metálicos inorgânicos Os revestimentos não metálicos inorgânicos são aqueles constituídos de compostos inorgânicos, depositados diretamente na superfície metálica ou formados sobre essa superfície. Entre os mais usados: esmaltes vitrosos, vidros, porcelanas, cimentos, óxidos, carbetos, nitretos, boretos, silicietos. Revestimentos 72 Revestimentos não-metálicos inorgânicos Entre os processos usados para obtenção de revestimentos inorgânicos, obtidos por reação entre o substrato e o meio, estão: Anodizac ̧ão Cromatizac ̧ão Fosfatizac ̧ão. Revestimentos 73 Anodização O alumínio apresenta grande resistência à corrosão atmosférica devido à camada de óxido que recobre o metal e se forma tão logo é ele exposto ao ar. Essa camada, entre outras características, apresenta grande aderência e alta resistividade elétrica, sendo portanto protetora. A espessura da camada é função do tempo de exposição. Alumínio com diferentes colorações de anodização. Revestimentos 74 Cromatização Cromatização é um processo em que o revestimento obtido é produzido em soluções contendo cromatos ou ácido crômico. Esse revestimento pode ser feito: Sobre o metal >> para aumentar a resistência à corrosão como no aço galvanizado, para evitar a corrosão ou oxidação branca ou melhorar a aderência de tintas sobre materiais metálicos, como alumínio e magnésio ou suas ligas. Sobre camadas de óxidos ou de fosfatos >> utilizado como vedante de poros suplementando a proteção dada pelas camadas de óxido ou fosfatos obtidos respectivamente por anodização ou fosfatização. Revestimentos 75 Fosfatização Consiste na aplicação de camada de fosfato sobre variados materiais metálicos. O recobrimento fosfático não tem, isoladamente, efeitos marcantes no combate à corrosão. Seu grande valor, se baseia na exaltação de outros meios, bastante conhecidos, de proteção, como na aplicação de revestimento por pintura tanto protetora e/ou decorativa (caso das indústrias de eletrodomésticos e automotiva). A película de fosfato permite uma boa aderência dos esquemas de pintura aos substratos e melhora a resistência à corrosão conferida pelos revestimentos. Revestimentos 76 Revestimentos não – metálicos orgânicos 77 Revestimentos não-metálicos orgânicos A pintura apresenta facilidade de aplicação e de manutenção, relação custo-benefício atraente, além de: • finalidade estética; • auxílio na segurança industrial; • sinalização; • identificac ̧ão de fluidos em tubulações ou reservatórios; • impedir a incrustação de microrganismos marinhos em cascos de embarcações; • impermeabilização; entre outros. Tintas Polímeros Revestimentos 78 Existem basicamente três mecanismos de proteção: barreira, inibic ̧ão (passivação anódica), eletroquímico (proteção catódica). Revestimentos Revestimentos não-metálicos orgânicos 79 Barreira Revestimentos não-metálicos orgânicos Revestimentos Metal a proteger Meio corrosivo Revestimento 80 Inibição — Passivação Anódica As tintas de fundo contêm determinados pigmentos inibidores que dão origem à formação de uma camada passiva sobre a superfície do metal, impedindo a sua passagem para a forma iônica. Os pigmentos mais comuns são o zarcão, os cromatos de zinco e os fosfatos de zinco. Revestimentos não-metálicos orgânicos Revestimentos 81 Eletroquímico — Proteção Catódica Deve-se ligar um metal ao outro que lhe seja anódico, sendo o circuito completado pela presença do eletrólito. Como, industrialmente, o metal que mais se procura proteger é o ferro (aço), pode-se supor que tintas formuladas com altos teores de Zn, Al ou Mg confiram proteção catódica ao aço. Na prática, entretanto, o zinco se mostra adequado, quando disperso em resina, geralmente epóxi, ou em silicatos inorgânicos ou orga ̂nicos. Revestimentos não-metálicos orgânicos Revestimentos 82 Em muitos casos associados à utilização de equipamentos em meios altamente corrosivos, indicam-se polímeros que são usados sob a forma de revestimentos ou como o próprio material de construção do equipamento. Entre eles: os silicones, os elastômeros como neoprene (policloropreno), hypalon (polietileno clorossulfonado) e ebonite (borracha rígida de estireno-butadieno), plásticos e plásticos reforçados. Polímeros Revestimentos não-metálicos orgânicos Revestimentos 83 Revestimentos não-metálicos orgânicos Deterioração do revestimento por ação mecânica: batida na parte externa do equipamento para desprendimento de material aderido na parte interna. Falta de aderência da tinta de acabamento sobre o primer. Revestimentos 84 Revestimentos não-metálicos orgânicos Fendimento em película de tinta. Falta de aderência da película de tinta aplicada sobre aço galvanizado. Revestimentos 85 Revestimentos não-metálicos orgânicos Enrugamento em tintas oleorresinosas. Enrugamento devido à incompatibilidade epóxi sobre alquídico. Empolamento Revestimentos 86 Revestimentos não-metálicos orgânicos Tanque com falha de aplicação na película de tinta. Corrosão no tanque da foto anterior resultante da espessura deficiente na película de tinta. Revestimentos 87 Proteção catódica e anódica A proteção catódica é um dos métodos mais empregados para a proteção de grandes estruturas quer seja enterradas ou submersas (parcial ou totalmente). • tubos e tanques de estocagem de gás e combustíveis • plataformas de petróleo • navios e piers O princípio da proteção catódica se baseia em levar o potencial de corrosão do equipamento a proteger para valores correspondentes à imunidade do material. Método eletroquímico de controle Transfere da superfície da tubulação protegida para o ânodo instalado no solo Proteção catódica 89 Podem ser tre ̂s mecanismos: • o potencial do metal atinge um valor tal que, em todas as áreas do metal, só ocorre um processo catódico, isto é, impede-se a reação M → Mn+ + ne Proteção catódica 90 • o eletrólito adjacente à superfície metálica se torna mais básico devido à redução dos íons hidrogênio, H+, ou à redução do oxige ̂nio 2H2O + 2e → H2 + 2OH - H2O + 1/2O2 + 2e → 2OH - No caso de materiais metálicos ferrosos : • a elevação do pH, devido à formação de OH-, pode acarretar a precipitação de substâncias insolúveis, como CaCO3 e Mg(OH)2, que podem depositar-se sobre o metal produzindo camada protetora. Proteção catódica 91 São utilizados dois sistemas, baseados no princípio de injec ̧ão de corrente elétrica na estrutura através do eletrólito. São eles: Protec ̧ão catódica galvânica ou por anodos galvânicos ou de sacrifício Protec ̧ão catódica por corrente impressa ou forçada Proteção catódica 92 Uma técnica de proteção catódica emprega um par galvânico O metal a ser protegido é conectado eletricamente a outro metal que é mais reativo naquele ambiente específico. Esse último metal apresenta oxidação e, ao ceder elétrons, protege o primeiro metal contra corrosão >> age como anodo de sacrifício. O magnésio e o zinco são comumente usados. Essa forma de proteção galvânica, para estruturas enterradas no solo. Proteção catódica 93 Proteção galvânica do aço proporcionada por um revestimento de zinco. O processo de galvanização é aquele no qual uma camada de zinco é aplicada sobre a superfície do aço por imersão a quente.Na atmosfera e na maioria dos ambientes aquosos, o zinco é anódico e, dessa forma, protegerá catodicamente o aço se houver qualquer dano superficial. Qualquer corrosão do revestimento de zinco prosseguirá a uma taxa extremamente lenta, pois a razão entre as áreas das superfícies do anodo e do catodo é bem grande. Proteção catódica 94 Proteção Catódica Galvânica São utilizados, normalmente, para eletrólitos de muito baixa resistividade elétrica (até 3.000 Ω·cm), >> uma vez que as ddp em jogo são muito pequenas. Pelo mesmo motivo a proteção catódica galvânica é mais recomendada, tanto técnica quanto economicamente, para estruturas metálicas que requeiram pequenas quantidades de corrente, em geral até 5 A. Proteção catódica 95 Proteção Catódica Galvânica Características desejadas do metal de sacrifício: • potencial de corrosão suficientemente negativo; • alta eficiência do anodo; • estado ativo para que o anodo seja corroído uniformemente, evitando que ocorra sua passivação. Proteção catódica 96 Parâmetros para o ânodo: Composição: o ânodo deve permanecer ativo, ou seja, o E deve ser suficientemente negativo. Ex: em ânodos de Mg são adicionados Al e Zn para ↑ a eficiência Forma: diferentes formas proporcionam diferentes quantidades de corrente (razão entre área superficial e peso). Deve assegurar uma certa vida útil. Proteção catódica 97 Parâmetros para o ânodo: Contatos: em ânodos de sacrifício, contatos de aço ajudam a suportar o ânodo e prover contato elétrico com a estrutura a ser protegida (prover boa condutividade). Proteção catódica 98 Parâmetros para o ânodo: Rendimento de corrente: quanto maior o rendimento da corrente anódica, menor o número de ânodos. Capacidade do ânodo: dá o nível de proteção que ele produzirá. Proteção catódica 99 Parâmetros para o ânodo: Enchimentos condutores do ânodo: material que circundará o ânodo. Usados para diminuir a resistência elétrica na interface solo/ânodo. > o enchimento condutor típico consiste em 75% de gipsita (sulfato de Ca hidratado), 20 % de bentonita e 5% de sulfato de Na. > o enchimento atrai a umidade e aumenta a condutividade da área vizinha ao ânodo. Proteção catódica 100 Parâmetros para o ânodo: Posição do ânodo: é mais arte que ciência. > Requer consideração cuidadosa. Proteção catódica 101 Proteção Catódica Galvânica A utilização dos anodos é função: das características da estrutura a proteger, do tipo de eletrólito em contato com o material metálico. Proteção catódica 102 Proteção Catódica por Corrente Impressa Neste processo o fluxo de corrente fornecido origina-se da forc ̧a eletromotriz de uma fonte geradora de corrente elétrica contínua. Sendo largamente utilizados na prática os retificadores que, alimentados com corrente CA, fornecem a corrente CC necessária à proteção da estrutura metálica. Proteção catódica 103 Protec ̧ão Catódica por Corrente Impressa Método utilizado para tanques subterrâneos (aquecedores de água, tubulações e equipamentos marinhos) O terminal negativo da fonte de energia está conectado à estrutura a ser protegida. O outro terminal está ligado a um anodo inerte (grafita), o qual, nesse caso, está enterrado no solo. Um material de enchimento de alta condutividade proporciona um bom contato elétrico entre o anodo e o solo ao seu redor. Existe uma passagem de corrente entre o catodo e o anodo através do solo, completando o circuito elétrico. Proteção catódica 104 Proteção Catódica por Corrente Impressa Os anodos inertes tem características e aplicações que dependem do eletrólito onde são utilizados. Anodos inertes: titânio revestido com platina, anodo de liga Fe-Si- Cr e titânio revestido por óxidos de metais nobres. Proteção catódica 105 Proteção Catódica por Corrente Impressa Bons condutores usados como ânodos: Metais raros: Tântalo, nióbio e Ti, revestidos com platina Metais ferrosos: aço, ferro fundido, ferro-cromo-silício, entre outros. Materiais contendo Pb, como ligas de Pb-Sb-Ag. Materiais a base de C, como grafite. Materiais reativos como Al e Zn. Materiais conjugados como Ti extrudado com Cu. Proteção catódica 106 Proteção Catódica por Corrente Impressa Esse método se aplica à proteção de estruturas em contato com eletrólitos de resistividade elétrica: • baixa (3.000 a 10.000 Ω·cm), • média (10.000 a 50.000 Ω·cm), • alta (50.000 a 100.000 Ω·cm), • altíssima (acima de 100.000 Ω·cm). Proteção catódica 107 APLICAÇÕES Estruturas de grande porte, a serem imersas no mar, com anodos de alumínio. Proteção catódica 108 APLICAÇÕES Fixação, por meio de solda, de anodo de zinco em casco de navio. Proteção catódica 109 APLICAÇÕES Navios e embarcações Anodo de zinco após algum tempo de uso em casco de navio. Anodos galvânicos para embarcações. Proteção catódica 110 APLICAÇÕES Navios e embarcações Unidade de comando e retificadores automáticos, refrigerados a ar, para proteção catódica de embarcações por corrente impressa. Retificador de proteção catódica instalado em abrigo para minimizar vandalismo. Proteção catódica 111 Proteção anódica Entre as condições necessárias para aplicação da proteção anódica, devem ser destacadas: • o material metálico deve apresentar a transição ativo/passivo no meio corrosivo em que vai ser utilizado; • todas as partes expostas devem ser passivadas e mantidas nesta condição. Se qualquer parte metálica não for passivada, tem-se o inconveniente de pequena área anódica ativa para grande área catódica inerte ou passiva, com consequente ataque localizado, de grande intensidade. Proteção anódica 112 • A aplicação da proteção anódica faz com que a dissolução do filme seja impossível e, quando ocorre qualquer falha no filme, esse é automaticamente reparado pela formação de novo filme ou película protetora. • O êxito desse sistema vai depender do exato controle do potencial, pois um potencial não adequado (muito alto) pode ocasionar a dissolução do metal. • Condic ̧ões ideais são aquelas em que o material metálico requer pequena corrente para manter o estado passivo. Proteção anódica 113 Como a proteção anódica é utilizada em meios fortemente corrosivos, tem sido empregada em: • reatores de sulfonação • tanques de armazenamento de ácido sulfúrico • digestores alcalinos na indústria de celulose • trocadores de calor de aço inoxidável para ácido sulfúrico. Resfriadores, de aço inoxidável, para ácido sulfúrico, com proteção anódica. Proteção anódica 114 Proteção anódica Uma vantagem da proteção anódica é que ela pode ser aplicada em condições fracas e muito corrosivas, além de utilizar correntes elétricas muito pequenas. Uma desvantagem da proteção anódica é que a instrumentação necessária é complexa e seu custo de instalação é alto. Proteção anódica
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