Corrosão associada à solicitação mecânica

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Nome: Maria Izabel Nº28 Série: 3º ETIM Química 
 
 
 
 
Pesquisa 
 
 
 
 
Corrosão associada à solicitação mecânica 
 
 
 
 
 
 
 
 
Jundiaí 
2020 
 
 
 
Corrosão associada à solicitação mecânica 
 
Quando a corrosão depende apenas do meio corrosivo, ocorre acentuada perda de 
massa do material corroído. No entanto, a associação do meio corrosivo com 
solicitações mecânicas pode ocasionar processos corrosivos acelerados mesmo 
sem perda acentuada de massa. 
Esse processo pode ocasionar fraturas, colocando fora de operação o equipamento 
deteriorado, bem como trazer problemas relativos à segurança das instalações e dos 
operadores das mesmas. 
Corrosão sob tensão -> fratura de certos materiais, quando tensionados em certos 
ambientes, sob condições tais que nem a solicitação mecânica nem a corrosão 
ambiente isoladamente conduziriam à fratura. 
 
Obs: muitas vezes ocorre fratura por tensão sem que ocorra dissolução anódica do 
material – isso significa que o processo não é de corrosão, mas apenas um 
fenômeno de natureza física. 
 
 
 
 
 
 
 Casos para estudo 
• Corrosão sob fadiga 
• Corrosão com erosão, cavitação e impingimento 
• Corrosão sob atrito 
• Fragilização por metal líquido 
• Fragilização pelo hidrogênio 
• Fendimento por álcali 
• Corrosão sob tensão 
 
 
Corrosão sob fadiga 
• Metal sofre solicitações mecânicas alternadas ou cíclicas 
• Inicia-se por uma pequena trinca, em ponto de concentração de tensões, que 
penetra lentamente o metal, numa direção perpendicular à tensão – após 
certo tempo, a área do elemento se reduz de tal modo que não pode mais 
suportar a carga aplicada, ocorrendo fratura final e repentina. 
Reconhecimento 
• A região de início da trinca tem um aspecto liso, devido ao atrito entre as 
faces sucessivas da trinca em cada ciclo. 
• A segunda região é a área, de aspecto rugoso, fibroso ou cristalino, onde se 
verifica a fratura repentina 
Ocorrência 
• Tubulações de equipamento de perfuração de poços, usadas para bombear 
petróleo, têm vida limitada devido à corrosão por fadiga resultante do meio 
corrosivo (água salgada). 
• Tubulações transportando vapores ou líquidos de temperaturas variáveis, 
podem fraturar devido ao ciclo térmico (expansão e contração periódicas) 
• Trocadores ou permutadores se corroem devido a vibrações imprimidas pelas 
bombas nos líquidos, e que são transmitidas ao equipamento. 
• Diversos vasos de pressão 
Mecanismo 
• Concentração de tensões nos locais de entalhe ou pites formados pelo meio 
corrosivo. 
• Fendas, na superfície do metal, produzidas por intrusões e extrusões 
microscópicas formadas durante os ciclos de tensões. Tais fendas resultam 
de deslizamentos localizados dentro dos grãos do metal. 
Proteção 
• Proteção catódica 
• Uso de inibidores (diminuição da corrosividade dos meios) 
• Revestimentos metálicos anódicos ou de sacrifício 
• Películas não-metálicas pigmentadas com pó de zinco 
• Jateamento na superfície do metal ou introdução de esforços de compressão 
• Alteração de projeto 
Corrosão por erosão, cavitação e impingimento 
• Ocorre quando um fluido em movimento está em contato com uma superfície 
metálica. 
Erosão  deterioração de materiais metálicos ou não-metálicos pela ação abrasiva 
de fluidos em movimento, podendo ser aceleradas pela presença de partículas 
sólidas em suspensão. 
- Mais intensa em estrangulamentos ou em desvios de fluxo 
- Exemplos: desgaste de palhetas de turbinas ou de hélices, em alta 
velocidade, sob a ação de gotículas de água, e de rotores ou impelidores de 
bombas. 
Cavitação  ação dinâmica, no interior do fluido, associada à formação e ao 
colapso de cavidades nas regiões que ficam abaixo da pressão absoluta de vapor do 
líquido. 
• Impingimento  ação mecânica, com desgaste de material, provocada pelo 
impingimento ou impacto direto do fluido sobre uma superfície metálica. 
- Bolhas de ar aumentam o efeito do impingimento. 
CORROSÃO – EROSÃO: 
a erosão é considerada um fenômeno puramente mecânico, em que o metal é 
removido ou destruído mecanicamente, sofrendo somente alterações físicas. Na 
erosão-corrosão ocorrem fenômenos físico-químicos, sendo caracterizada por sua 
aparência sob a forma de sulcos, crateras, ondulações, furos arredondados e um 
sentido direcional de ataque. No entanto, em função da própria erosão, a superfície 
fica isenta de possíveis produtos de corrosão. 
Proteção contra a corrosão-erosão: 
->Emprego de materiais mais resistentes 
->Alteração de projeto 
->Acréscimo de diâmetro da tubulação 
->Dirigir as tubulações de entrada para o centro de tanques ao invés de 
colocá-las próximas às paredes laterais 
->Inserir virolas nas extremidades das entradas de tubos: 
->Usar bombas com partes vulneráveis facilmente substituíveis. 
->Inserir placas defletoras ou substituíveis na área de impingimento. 
->Montar tubos de maneira que eles fiquem, no lado de entrada do fluido, 
alguns centímetros além dos espelhos de trocadores de calor. 
->Modificações no meio corrosivo, por desaeração e emprego de inibidores. 
->Uso de revestimentos, como borracha, elastômeros artificiais (neoprene), 
basalto (silicato de alumínio fundido) ou aço inoxidável com alto teor de 
crômio e níquel somente nas partes sujeitas a ação erosiva. 
->Proteção catódica. 
CORROSÃO – CAVITAÇÃO: quando cavidades ou bolhas sofrem colapsos ou 
implosão na superfície metálica há uma ação mecânica conjugada a uma ação 
química que dá condições para que ocorra uma corrosão com cavitação. 
- É comum em hélices de navios, turbinas hidráulicas e a vapor, bombas hidráulicas 
e em camisas de cilindros de motores Diesel na face refrigerada com água. 
Fases do ciclo da ação da cavitação: 
- Áreas de pressões baixas são produzidas devido a irregularidades no escoamento; 
- Formação de cavidades ou bolhas de vapor; 
- Colapso das bolhas ou cavidades contra a superfície do metal. 
-A continuidade do processo deixa a superfície com pites ou alvéolos, podendo até 
arrancar pedaços do metal 
 
 
• Esquema do ataque por cavitação: (A) líquido em repouso em temperatura e 
pressão ambientes; (B) expansão e formação de bolhas de vapor em 
temperatura ambiente e pressão reduzida; (C) compressão e colapso, ou 
implosão da bolhas de vapor, em temperatura ambiente e aumento de 
pressão; (D) destruição da película de óxido, ou revestimento, pelo impacto 
da onda de choque transmitida pela implosão da bolha de vapor; (E) 
reconstituição da película de óxido e redução da espessura do material 
metálico. 
 
 
Proteção contra a corrosão-cavitação:No projeto do equipamento, eliminar: 
• Possibilidades de áreas de quedas de pressão 
-Abruptas modificações de seções para evitar turbulência 
-Vibrações de partes críticas 
• Outros processos: 
-Introdução de ar no fluido em escoamento para aliviar as áreas de baixa pressão 
 
Proteção contra corrosão-cavitação 
• Emprego de materiais com alta ductibilidade, alta resistência à fadiga ou 
superfícies endurecidas 
• Revestimento com materiais resistentes 
• Emprego de inibidores 
• Proteção catódica 
• Preenchimento das áreas danificadas por cavitação com solda e em seguida 
retificá-las 
ATAQUE POR IMPINGIMENTO – CORROSÃO POR TURBULÊNCIA 
• Corrosão associada ao fluxo turbulento de um fluido – ocorre quando um 
fluido está em movimento e passa de uma tubulação de grande diâmetro para 
outra de menor diâmetro (a turbulência sempre aparece na região de menor 
diâmetro) 
• Ocorre em entradas dos tubos de condensadores, saídas de registros, 
válvulas, bombas centrífugas, hélices e outros dispositivos que provoquem 
variações acentuadas da seção transversal do fluido ou modifiquem o seu 
deslocamento lamelar. 
• O fluido em movimento turbulento pode conter gases, formando bolhas que se 
deslocam com ele. A ação da turbulência aliada aos choques que resultam do 
rompimento das bolhas provoca um tipo de corrosão-erosão denominada 
impingimento.Proteção contra corrosão por impingimento: 
• Usar ligas de cobre com cerca de 5% de estanho, ou latões de alumínio, ou 
ainda ligas de cobre/níquel/ferro. 
• Reduzir a velocidade do fluido 
• Diminuir a quantidade de ar ou partículas sólidas 
• Modificar a geometria dos equipamentos, evitando curvas acentuadas 
• Usar placas defletoras 
Corrosão por Atrito 
• Provocada por pequenos deslizamentos relativos, originados por vibrações 
• A interface do metal deve estar sujeita a carga 
• Formação de produtos pulverulentos de corrosão, em alguns casos pites, que 
podem servir de núcleos para a ocorrência de fraturas por fadiga 
MECANISMO 
 
• Desgaste mecânico na ausência de ambiente corrosivo. 
• O atrito entre os materiais vai expondo novas superfícies do metal, as quais 
ficam cobertas com oxigênio ou outro agente corrosivo. A próxima aspereza 
retira o óxido ou pode, mecanicamente, ativar a reação do oxigênio adsorvido 
com o metal para formar óxido, que por sua vez é arrastado, formando 
novamente uma superfície metálica limpa. 
Proteção contra corrosão por atrito: 
• Combinação de metal mole com metal duro (impede o processo de solda nos 
pontos de contato entre metais similares) 
• Construção de superfícies de contato de maneira a evitar quase por completo 
o deslizamento 
• Uso de lubrificantes 
• Uso de juntas de elastômeros ou materiais de baixo coeficiente de atrito 
Fragilização por metal líquido 
• Ocorre quando metais no estado sólido são submetidos a tensões residuais 
ou externas, concomitantemente em contato com metais fundidos. 
• A falha ocorre pela nucleação e subsequente propagação para o interior de 
uma trinca na superfície molhada do sólido. Esse processo de falha não 
envolve modificação química do metal sólido. 
Fragilização pelo Hidrogênio 
• O hidrogênio interage com a maioria dos metais por uma série de 
mecanismos, resultando em modificações das propriedades mecânicas que 
levam a fraturas frágeis e altamente danosas. 
• O hidrogênio penetra nos metais na forma atômica, e devido ao seu pequeno 
volume atômico é capaz de se difundir rapidamente na malha cristalina. 
• Dentre os metais que mais comumente incorporam hidrogênio na rede 
cristalina estão o cobre, o ferro e a prata. 
• O hidrogênio pode ser absorvido por: 
-Alta solubilidade no metal em estado líquido, levando a grandes 
concentrações no metal solidificado na forma de peças fundidas ou na de 
filetes de solda. 
-Decapagem por meios químicos ou eletroquímicos 
• O hidrogênio pode ser absorvido por: 
-Deposição eletrolítica de metais, onde o hidrogênio, juntamente com o metal 
a depositar, é formado no cátodo. 
-Ação de gases ricos em hidrogênio em condições de temperatura e pressão 
favoráveis 
-Decomposição térmica de hidrocarbonetos, em temperaturas elevadas. 
-Craqueamento de amônia 
-Reações generalizadas com água, quando um metal reage formando óxido e 
liberando hidrogênio 
 
 
 
Mecanismo 
Dois tipos: irreversível e reversível 
• No processo irreversível, a presença de hidrogênio conduz à danificação da 
estrutura do metal, comprometendo sua resistência mecânica 
-Quando o hidrogênio é produzido na suprefície do metal, ele se difunde para 
seu interior na forma atômica, e no interior do metal ele retorna à forma 
molecular, preferencialmente nos defeitos internos, provocando a formação 
de bolhas que levam finalmente à ruptura do metal 
• O processo reversível caracteriza-se pela necessidade de existir a presença 
simultânea de tensões e hidrogênio. A eliminação do hidrogênio antes da 
aplicação da tensão restaura a ductibilidade do metal. 
-A fragilização aumenta com a diminuição da velocidade de formação, isto é, 
exige-se a ação conjunta da tensão e hidrogênio durante algum tempo para 
que a fratura ocorra. 
Proteção 
• Evitar que possa haver absorção de hidrogênio pelo metal; nos casos onde 
não há fragilização irreversível, uma posterior ação danosa pode ser evitada 
submetendo-se o material, onde possa ter absorvido esse elemento, e uma 
vez terminado o processo, ao recozimento a uma temperatura relativamente 
baixa (geralmente em torno de 190ºC), que permita sua difusão e liberação na 
superfície 
Fendimento por Álcali 
Ocorre em caldeiras para produção de vapor que apresentam junções rebitadas. A 
fim de se evitar a corrosão do ferro pela água, a ela se adicionam substâncias 
alcalinas, pois estas tornam o ferro passivo.No entanto, vazamentos podem fazer a 
solução alcalina se concentrar de tal modo que acaba atacando o ferro. Fendas 
entre os rebites podem enfraquecer a caldeira, podendo levar a uma explosão. 
Mecanismo 
Formação de hidrogênio devido ao ataque do aço pela solução concentrada de 
hidróxido de sódio 
Fe + 2 NaOH → Na2FeO2 + H2 
Proteção 
• Substituição de rebites por soldas, seguida de tratamento térmico para 
diminuir as tensões; 
• Adição de substâncias tamponantes; 
• Revestir as partes sujeitas ao ataque com níquel ou ligas de níquel (resistente 
a álcalis) 
 
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