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Noções de CoRRosÃo e INCRUsTAçÃo Autor: Angélica Dias Salvador Co-Autores: Álvaro Antônio Terra Martins da Silva Edson Góis de Medeiros Noções de CoRRosÃo e INCRUsTAçÃo Ao final desse estudo, o treinando poderá: • Reconhecer os conceitos básicos associados à corrosão e à incrustação e suas conseqüências para a indústria do petróleo; • Compreender a aplicabilidade dos conceitos básicos no que diz respeito à prevenção, manutenção e recuperação de equipamentos frente aos processos de corrosão e incrustação. Autor: Angélica Dias Salvador Co-Autores: Álvaro Antônio Terra Martins da Silva Edson Góis de Medeiros Noções de CoRRosÃo e INCRUsTAçÃo Este material é o resultado do trabalho conjunto de muitos técnicos da área de Exploração & Produção da Petrobras. Ele se estende para além dessas páginas, uma vez que traduz, de forma estruturada, a experiência de anos de dedicação e aprendizado no exercício das atividades profissionais na Companhia. É com tal experiência, refletida nas competências do seu corpo de empregados, que a Petrobras conta para enfrentar os crescentes desafios com os quais ela se depara no Brasil e no mundo. Nesse contexto, o E&P criou o Programa Alta Competência, visando prover os meios para adequar quantitativa e qualitativamente a força de trabalho às estratégias do negócio E&P. Realizado em diferentes fases, o Alta Competência tem como premissa a participação ativa dos técnicos na estruturação e detalhamento das competências necessárias para explorar e produzir energia. O objetivo deste material é contribuir para a disseminação das competências, de modo a facilitar a formação de novos empregados e a reciclagem de antigos. Trabalhar com o bem mais precioso que temos – as pessoas – é algo que exige sabedoria e dedicação. Este material é um suporte para esse rico processo, que se concretiza no envolvimento de todos os que têm contribuído para tornar a Petrobras a empresa mundial de sucesso que ela é. Programa Alta Competência Programa Alta Competência Esta seção tem o objetivo de apresentar como esta apostila está organizada e assim facilitar seu uso. No início deste material é apresentado o objetivo geral, o qual representa as metas de aprendizagem a serem atingidas. Autor Ao fi nal desse estudo, o treinando poderá: • Identifi car procedimentos adequados ao aterramento e à manutenção da segurança nas instalações elétricas; • Reconhecer os riscos de acidentes relacionados ao aterramento de segurança; • Relacionar os principais tipos de sistemas de aterramento de segurança e sua aplicabilidade nas instalações elétricas. ATeRRAMeNTo de seGURANçA Como utilizar esta apostila Objetivo Geral O material está dividido em capítulos. No início de cada capítulo são apresentados os objetivos específi cos de aprendizagem, que devem ser utilizados como orientadores ao longo do estudo. No fi nal de cada capítulo encontram-se os exercícios, que visam avaliar o alcance dos objetivos de aprendizagem. Os gabaritos dos exercícios estão nas últimas páginas do capítulo em questão. Para a clara compreensão dos termos técnicos, as suas C ap ít u lo 1 Riscos elétricos e o aterramento de segurança Ao fi nal desse capítulo, o treinando poderá: • Estabelecer a relação entre aterramento de segurança e riscos elétricos; • Reconhecer os tipos de riscos elétricos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas elétricos; • Relacionar os principais tipos de sistemas de aterramento de segurança e sua aplicabilidade nas instalações elétricas. 20 Alta Competência 21 Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança A gravidade dos efeitos fi siológicos no organismo está relacionada a quatro fatores fundamentais: Tensão;• Resistência elétrica do corpo; • Área de contato;• Duração do choque.• Os riscos elétricos, independente do tipo de • instalação ou sistema, estão presentes durante toda a vida útil de um equipamento e na maioria das instalações. Por isso é fundamental mantê-los sob controle para evitar prejuízos pessoais, materiais ou de continuidade operacional. Os • choques elétricos representam a maior fonte de lesões e fatalidades, sendo necessária, além das medidas de engenharia para seu controle, a obediência a padrões e procedimentos de segurança. 1.4. exercícios 1) Que relação podemos estabelecer entre riscos elétricos e aterramento de segurança? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 2) Apresentamos, a seguir, trechos de Normas Técnicas que abordam os cuidados e critérios relacionados a riscos elétricos. Correlacione-os aos tipos de riscos, marcando A ou B, conforme, o caso: A) Risco de incêndio e explosão B) Risco de contato ( ) “Todas as partes das instalações elétricas devem ser projetadas e executadas de modo que seja possível prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico e todos os outros tipos de acidentes.” ( ) “Nas instalações elétricas de áreas classificadas (...) devem ser adotados dispositivos de proteção, como alarme e seccionamento automático para prevenir sobretensões, sobrecorrentes, falhas de isolamento, aquecimentos ou outras condições anormais de operação.” ( ) “Nas partes das instalações elétricas sob tensão, (...) durante os trabalhos de reparação, ou sempre que for julgado necessário à segurança, devem ser colocadas placas de aviso, inscrições de advertência, bandeirolas e demais meios de sinalização que chamem a atenção quanto ao risco.” ( ) “Os materiais, peças, dispositivos, equipamentos e sistemas destinados à aplicação em instalações elétricas (...) devem ser avaliados quanto à sua conformidade, no âmbito do Sistema Brasileiro de Certifi cação.” 24 Alta Competência 25 Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança CARDOSO ALVES, Paulo Alberto e VIANA, Ronaldo Sá. Aterramento de sistemas elétricos - inspeção e medição da resistência de aterramento. UN-BC/ST/EMI – Elétrica, 2007. COELHO FILHO, Roberto Ferreira. Riscos em instalações e serviços com eletricidade. Curso técnico de segurança do trabalho, 2005. Norma Petrobras N-2222. Projeto de aterramento de segurança em unidades marítimas. Comissão de Normas Técnicas - CONTEC, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5410. Instalações elétricas de baixa tensão. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5419. Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005. Norma Regulamentadora NR-10. Segurança em instalações e serviços em eletricidade. Ministério do Trabalho e Emprego, 2004. Disponível em: <http:// www.mte.gov.br/legislacao/normas_regulamentadoras/nr_10.pdf> - Acesso em: 14 mar. 2008. NFPA 780. Standard for the Installation of Lightining Protection Systems. National Fire Protection Association, 2004. Manuais de Cardiologia. Disponível em: <http://www.manuaisdecardiologia.med. br/Arritmia/Fibrilacaoatrial.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008. Mundo Educação. Disponível em: <http://mundoeducacao.uol.com.br/doencas/ parada-cardiorespiratoria.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008. Mundo Ciência. Disponível em: <http://www.mundociencia.com.br/fi sica/eletricidade/ choque.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008. 1) Que relação podemos estabelecer entre riscos elétricos e aterramento de segurança? O aterramento de segurança é uma das formas de minimizar os riscos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas elétricos. 2) Apresentamos, a seguir, trechos de Normas Técnicas que abordam os cuidados e critérios relacionados a riscos elétricos. Correlacione-os aos tipos de riscos, marcando A ou B, conforme, o caso: A) Risco de incêndio e explosão B) Risco de contato ( B ) “Todas as partes das instalações elétricas devem ser projetadas e executadas de modo que seja possível prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico e todos os outrostipos de acidentes.” ( A ) “Nas instalações elétricas de áreas classifi cadas (...) devem ser adotados dispositivos de proteção, como alarme e seccionamento automático para prevenir sobretensões, sobrecorrentes, falhas de isolamento, aquecimentos ou outras condições anormais de operação.” ( B ) “Nas partes das instalações elétricas sob tensão, (...) durante os trabalhos de reparação, ou sempre que for julgado necessário à segurança, devem ser colocadas placas de aviso, inscrições de advertência, bandeirolas e demais meios de sinalização que chamem a atenção quanto ao risco.” ( A ) “Os materiais, peças, dispositivos, equipamentos e sistemas destinados à aplicação em instalações elétricas (...) devem ser avaliados quanto à sua conformidade, no âmbito do Sistema Brasileiro de Certifi cação.” 3) Marque V para verdadeiro e F para falso nas alternativas a seguir: ( V ) O contato direto ocorre quando a pessoa toca as partes normalmente energizadas da instalação elétrica. ( F ) Apenas as partes energizadas de um equipamento podem oferecer riscos de choques elétricos. ( V ) Se uma pessoa tocar a parte metálica, não energizada, de um equipamento não aterrado, poderá receber uma descarga elétrica, se houver falha no isolamento desse equipamento. ( V ) Em um choque elétrico, o corpo da pessoa pode atuar como um “fi o terra”. ( F ) A queimadura é o principal efeito fi siológico associado à passagem da corrente elétrica pelo corpo humano. 1.7. Gabarito1.6. Bibliografi a Para a clara compreensão dos termos técnicos, as suas defi nições estão disponíveis no glossário. Ao longo dos textos do capítulo, esses termos podem ser facilmente identifi cados, pois estão em destaque. 48 Alta Competência Capítulo 3. Problemas operacionais, riscos e cuidados com aterramento de segurança 49 3. Problemas operacionais, riscos e cuidados com aterramento de segurança Todas as Unidades de Exploração e Produção possuem um plano de manutenção preventiva de equipamentos elétricos (motores, geradores, painéis elétricos, transformadores e outros). A cada intervenção nestes equipamentos e dispositivos, os mantenedores avaliam a necessidade ou não da realização de inspeção nos sistemas de aterramento envolvidos nestes equipamentos. Para que o aterramento de segurança possa cumprir corretamente o seu papel, precisa ser bem projetado e construído. Além disso, deve ser mantido em perfeitas condições de funcionamento. Nesse processo, o operador tem importante papel, pois, ao interagir diariamente com os equipamentos elétricos, pode detectar imediatamente alguns tipos de anormalidades, antecipando problemas e, principalmente, diminuindo os riscos de choque elétrico por contato indireto e de incêndio e explosão. 3.1. Problemas operacionais Os principais problemas operacionais verifi cados em qualquer tipo de aterramento são: • Falta de continuidade; e • Elevada resistência elétrica de contato. É importante lembrar que Norma Petrobras N-2222 defi ne o valor de 1Ohm, medido com multímetro DC (ohmímetro), como o máximo admissível para resistência de contato. 56 Alta Competência Capítulo 3. Problemas operacionais, riscos e cuidados com aterramento de segurança 57 Choque elétrico – conjunto de perturbações de natureza e efeitos diversos, que se manifesta no organismo humano ou animal, quando este é percorrido por uma corrente elétrica. Ohm – unidade de medida padronizada pelo SI para medir a resistência elétrica. Ohmímetro – instrumento que mede a resistência elétrica em Ohm. CARDOSO ALVES, Paulo Alberto e VIANA, Ronaldo Sá. Aterramento de sistemas elétricos - inspeção e medição da resistência de aterramento. UN-BC/ST/EMI – Elétrica, 2007. COELHO FILHO, Roberto Ferreira. Riscos em instalações e serviços com eletricidade – Curso técnico de segurança do trabalho, 2005. NFPA 780. Standard for the Installation of Lightining Protection Systems. National Fire Protection Association, 2004. Norma Petrobras N-2222. Projeto de aterramento de segurança em unidades marítimas. Comissão de Normas Técnicas - CONTEC, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5410. Instalações elétricas de baixa tensão. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5419. Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005. Norma Regulamentadora NR-10. Segurança em instalações e serviços em eletricidade. Ministério do Trabalho e Emprego, 2004. Disponível em: <http:// www.mte.gov.br/legislacao/normas_regulamentadoras/nr_10.pdf> - Acesso em: 14 mar. 2008. 3.5. Bibliografi a3.4. Glossário Objetivo Específi co O material está dividido em capítulos. No início de cada capítulo são apresentados os objetivos específi cos de aprendizagem, que devem ser utilizados como orientadores ao longo do estudo. No fi nal de cada capítulo encontram-se os exercícios, que visam avaliar o alcance dos objetivos de aprendizagem. Os gabaritos dos exercícios estão nas últimas páginas do capítulo em questão. Para a clara compreensão dos termos técnicos, as suas C ap ít u lo 1 Riscos elétricos e o aterramento de segurança Ao fi nal desse capítulo, o treinando poderá: • Estabelecer a relação entre aterramento de segurança e riscos elétricos; • Reconhecer os tipos de riscos elétricos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas elétricos; • Relacionar os principais tipos de sistemas de aterramento de segurança e sua aplicabilidade nas instalações elétricas. 20 Alta Competência 21 Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança A gravidade dos efeitos fi siológicos no organismo está relacionada a quatro fatores fundamentais: Tensão;• Resistência elétrica do corpo; • Área de contato;• Duração do choque.• Os riscos elétricos, independente do tipo de • instalação ou sistema, estão presentes durante toda a vida útil de um equipamento e na maioria das instalações. Por isso é fundamental mantê-los sob controle para evitar prejuízos pessoais, materiais ou de continuidade operacional. Os • choques elétricos representam a maior fonte de lesões e fatalidades, sendo necessária, além das medidas de engenharia para seu controle, a obediência a padrões e procedimentos de segurança. 1.4. exercícios 1) Que relação podemos estabelecer entre riscos elétricos e aterramento de segurança? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 2) Apresentamos, a seguir, trechos de Normas Técnicas que abordam os cuidados e critérios relacionados a riscos elétricos. Correlacione-os aos tipos de riscos, marcando A ou B, conforme, o caso: A) Risco de incêndio e explosão B) Risco de contato ( ) “Todas as partes das instalações elétricas devem ser projetadas e executadas de modo que seja possível prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico e todos os outros tipos de acidentes.” ( ) “Nas instalações elétricas de áreas classificadas (...) devem ser adotados dispositivos de proteção, como alarme e seccionamento automático para prevenir sobretensões, sobrecorrentes, falhas de isolamento, aquecimentos ou outras condições anormais de operação.” ( ) “Nas partes das instalações elétricas sob tensão, (...) durante os trabalhos de reparação, ou sempre que for julgado necessário à segurança, devem ser colocadas placas de aviso, inscrições de advertência, bandeirolas e demais meios de sinalização que chamem a atenção quanto ao risco.” ( ) “Os materiais, peças, dispositivos, equipamentos e sistemas destinados à aplicação em instalações elétricas (...) devem ser avaliados quanto à sua conformidade, no âmbito do Sistema Brasileiro de Certifi cação.” 24 Alta Competência 25 Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança CARDOSO ALVES, Paulo Alberto e VIANA, Ronaldo Sá. Aterramento de sistemas elétricos - inspeção e medição da resistência de aterramento. UN-BC/ST/EMI – Elétrica, 2007.COELHO FILHO, Roberto Ferreira. Riscos em instalações e serviços com eletricidade. Curso técnico de segurança do trabalho, 2005. Norma Petrobras N-2222. Projeto de aterramento de segurança em unidades marítimas. Comissão de Normas Técnicas - CONTEC, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5410. Instalações elétricas de baixa tensão. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5419. Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005. Norma Regulamentadora NR-10. Segurança em instalações e serviços em eletricidade. Ministério do Trabalho e Emprego, 2004. Disponível em: <http:// www.mte.gov.br/legislacao/normas_regulamentadoras/nr_10.pdf> - Acesso em: 14 mar. 2008. NFPA 780. Standard for the Installation of Lightining Protection Systems. National Fire Protection Association, 2004. Manuais de Cardiologia. Disponível em: <http://www.manuaisdecardiologia.med. br/Arritmia/Fibrilacaoatrial.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008. Mundo Educação. Disponível em: <http://mundoeducacao.uol.com.br/doencas/ parada-cardiorespiratoria.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008. Mundo Ciência. Disponível em: <http://www.mundociencia.com.br/fi sica/eletricidade/ choque.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008. 1) Que relação podemos estabelecer entre riscos elétricos e aterramento de segurança? O aterramento de segurança é uma das formas de minimizar os riscos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas elétricos. 2) Apresentamos, a seguir, trechos de Normas Técnicas que abordam os cuidados e critérios relacionados a riscos elétricos. Correlacione-os aos tipos de riscos, marcando A ou B, conforme, o caso: A) Risco de incêndio e explosão B) Risco de contato ( B ) “Todas as partes das instalações elétricas devem ser projetadas e executadas de modo que seja possível prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico e todos os outros tipos de acidentes.” ( A ) “Nas instalações elétricas de áreas classifi cadas (...) devem ser adotados dispositivos de proteção, como alarme e seccionamento automático para prevenir sobretensões, sobrecorrentes, falhas de isolamento, aquecimentos ou outras condições anormais de operação.” ( B ) “Nas partes das instalações elétricas sob tensão, (...) durante os trabalhos de reparação, ou sempre que for julgado necessário à segurança, devem ser colocadas placas de aviso, inscrições de advertência, bandeirolas e demais meios de sinalização que chamem a atenção quanto ao risco.” ( A ) “Os materiais, peças, dispositivos, equipamentos e sistemas destinados à aplicação em instalações elétricas (...) devem ser avaliados quanto à sua conformidade, no âmbito do Sistema Brasileiro de Certifi cação.” 3) Marque V para verdadeiro e F para falso nas alternativas a seguir: ( V ) O contato direto ocorre quando a pessoa toca as partes normalmente energizadas da instalação elétrica. ( F ) Apenas as partes energizadas de um equipamento podem oferecer riscos de choques elétricos. ( V ) Se uma pessoa tocar a parte metálica, não energizada, de um equipamento não aterrado, poderá receber uma descarga elétrica, se houver falha no isolamento desse equipamento. ( V ) Em um choque elétrico, o corpo da pessoa pode atuar como um “fi o terra”. ( F ) A queimadura é o principal efeito fi siológico associado à passagem da corrente elétrica pelo corpo humano. 1.7. Gabarito1.6. Bibliografi a Para a clara compreensão dos termos técnicos, as suas defi nições estão disponíveis no glossário. Ao longo dos textos do capítulo, esses termos podem ser facilmente identifi cados, pois estão em destaque. 48 Alta Competência Capítulo 3. Problemas operacionais, riscos e cuidados com aterramento de segurança 49 3. Problemas operacionais, riscos e cuidados com aterramento de segurança Todas as Unidades de Exploração e Produção possuem um plano de manutenção preventiva de equipamentos elétricos (motores, geradores, painéis elétricos, transformadores e outros). A cada intervenção nestes equipamentos e dispositivos, os mantenedores avaliam a necessidade ou não da realização de inspeção nos sistemas de aterramento envolvidos nestes equipamentos. Para que o aterramento de segurança possa cumprir corretamente o seu papel, precisa ser bem projetado e construído. Além disso, deve ser mantido em perfeitas condições de funcionamento. Nesse processo, o operador tem importante papel, pois, ao interagir diariamente com os equipamentos elétricos, pode detectar imediatamente alguns tipos de anormalidades, antecipando problemas e, principalmente, diminuindo os riscos de choque elétrico por contato indireto e de incêndio e explosão. 3.1. Problemas operacionais Os principais problemas operacionais verifi cados em qualquer tipo de aterramento são: • Falta de continuidade; e • Elevada resistência elétrica de contato. É importante lembrar que Norma Petrobras N-2222 defi ne o valor de 1Ohm, medido com multímetro DC (ohmímetro), como o máximo admissível para resistência de contato. 56 Alta Competência Capítulo 3. Problemas operacionais, riscos e cuidados com aterramento de segurança 57 Choque elétrico – conjunto de perturbações de natureza e efeitos diversos, que se manifesta no organismo humano ou animal, quando este é percorrido por uma corrente elétrica. Ohm – unidade de medida padronizada pelo SI para medir a resistência elétrica. Ohmímetro – instrumento que mede a resistência elétrica em Ohm. CARDOSO ALVES, Paulo Alberto e VIANA, Ronaldo Sá. Aterramento de sistemas elétricos - inspeção e medição da resistência de aterramento. UN-BC/ST/EMI – Elétrica, 2007. COELHO FILHO, Roberto Ferreira. Riscos em instalações e serviços com eletricidade – Curso técnico de segurança do trabalho, 2005. NFPA 780. Standard for the Installation of Lightining Protection Systems. National Fire Protection Association, 2004. Norma Petrobras N-2222. Projeto de aterramento de segurança em unidades marítimas. Comissão de Normas Técnicas - CONTEC, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5410. Instalações elétricas de baixa tensão. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5419. Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005. Norma Regulamentadora NR-10. Segurança em instalações e serviços em eletricidade. Ministério do Trabalho e Emprego, 2004. Disponível em: <http:// www.mte.gov.br/legislacao/normas_regulamentadoras/nr_10.pdf> - Acesso em: 14 mar. 2008. 3.5. Bibliografi a3.4. Glossário Objetivo Específi co Caso sinta necessidade de saber de onde foram retirados os insumos para o desenvolvimento do conteúdo desta apostila, ou tenha interesse em se aprofundar em determinados temas, basta consultar a Bibliografi a ao fi nal de cada capítulo. Ao longo de todo o material, caixas de destaque estão presentes. Cada uma delas tem objetivos distintos. A caixa “Você Sabia” traz curiosidades a respeito do conteúdo abordado de um determinado item do capítulo. “Importante” é um lembrete das questões essenciais do conteúdo tratado no capítulo. 24 Alta Competência 25 Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança CARDOSO ALVES, Paulo Alberto e VIANA, Ronaldo Sá. Aterramento de sistemas elétricos - inspeção e medição da resistência de aterramento. UN-BC/ST/EMI – Elétrica, 2007. COELHO FILHO, Roberto Ferreira. Riscos em instalações e serviços com eletricidade. Curso técnico de segurança do trabalho, 2005. Norma Petrobras N-2222. Projeto de aterramento de segurança em unidades marítimas. Comissão de Normas Técnicas - CONTEC, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5410. Instalações elétricas de baixa tensão. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5419. Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005. Norma Regulamentadora NR-10. Segurança em instalações e serviços em eletricidade. Ministério do Trabalho e Emprego, 2004. Disponível em: <http://www.mte.gov.br/legislacao/normas_regulamentadoras/nr_10.pdf> - Acesso em: 14 mar. 2008. NFPA 780. Standard for the Installation of Lightining Protection Systems. National Fire Protection Association, 2004. Manuais de Cardiologia. Disponível em: <http://www.manuaisdecardiologia.med. br/Arritmia/Fibrilacaoatrial.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008. Mundo Educação. Disponível em: <http://mundoeducacao.uol.com.br/doencas/ parada-cardiorespiratoria.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008. Mundo Ciência. Disponível em: <http://www.mundociencia.com.br/fi sica/eletricidade/ choque.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008. 1) Que relação podemos estabelecer entre riscos elétricos e aterramento de segurança? O aterramento de segurança é uma das formas de minimizar os riscos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas elétricos. 2) Apresentamos, a seguir, trechos de Normas Técnicas que abordam os cuidados e critérios relacionados a riscos elétricos. Correlacione-os aos tipos de riscos, marcando A ou B, conforme, o caso: A) Risco de incêndio e explosão B) Risco de contato ( B ) “Todas as partes das instalações elétricas devem ser projetadas e executadas de modo que seja possível prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico e todos os outros tipos de acidentes.” ( A ) “Nas instalações elétricas de áreas classifi cadas (...) devem ser adotados dispositivos de proteção, como alarme e seccionamento automático para prevenir sobretensões, sobrecorrentes, falhas de isolamento, aquecimentos ou outras condições anormais de operação.” ( B ) “Nas partes das instalações elétricas sob tensão, (...) durante os trabalhos de reparação, ou sempre que for julgado necessário à segurança, devem ser colocadas placas de aviso, inscrições de advertência, bandeirolas e demais meios de sinalização que chamem a atenção quanto ao risco.” ( A ) “Os materiais, peças, dispositivos, equipamentos e sistemas destinados à aplicação em instalações elétricas (...) devem ser avaliados quanto à sua conformidade, no âmbito do Sistema Brasileiro de Certifi cação.” 3) Marque V para verdadeiro e F para falso nas alternativas a seguir: ( V ) O contato direto ocorre quando a pessoa toca as partes normalmente energizadas da instalação elétrica. ( F ) Apenas as partes energizadas de um equipamento podem oferecer riscos de choques elétricos. ( V ) Se uma pessoa tocar a parte metálica, não energizada, de um equipamento não aterrado, poderá receber uma descarga elétrica, se houver falha no isolamento desse equipamento. ( V ) Em um choque elétrico, o corpo da pessoa pode atuar como um “fi o terra”. ( F ) A queimadura é o principal efeito fi siológico associado à passagem da corrente elétrica pelo corpo humano. 1.7. Gabarito1.6. Bibliografi a 14 Alta Competência 15 Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança É atribuído a Tales de Mileto (624 - 556 a.C.) a primeira observação de um fenômeno relacionado com a eletricidade estática. Ele teria esfregado um fragmento de âmbar com um tecido seco e obtido um comportamento inusitado – o âmbar era capaz de atrair pequenos pedaços de palha. O âmbar é o nome dado à resina produzida por pinheiros que protege a árvore de agressões externas. Após sofrer um processo semelhante à fossilização, ela se torna um material duro e resistente. Os riscos elétricos de uma instalação são divididos em dois grupos principais: 1.1. Riscos de incêndio e explosão Podemos defi nir os riscos de incêndio e explosão da seguinte forma: Situações associadas à presença de sobretensões, sobrecorrentes, fogo no ambiente elétrico e possibilidade de ignição de atmosfera potencialmente explosiva por descarga descontrolada de eletricidade estática. Os riscos de incêndio e explosão estão presentes em qualquer instalação e seu descontrole se traduz principalmente em danos pessoais, materiais e de continuidade operacional. Trazendo este conhecimento para a realidade do E&P, podemos observar alguns pontos que garantirão o controle dos riscos de incêndio e explosão nos níveis defi nidos pelas normas de segurança durante o projeto da instalação, como por exemplo: A escolha do tipo de • aterramento funcional mais adequado ao ambiente; A seleção dos dispositivos de proteção e controle;• A correta manutenção do sistema elétrico.• O aterramento funcional do sistema elétrico tem como função permitir o funcionamento confi ável e efi ciente dos dispositivos de proteção, através da sensibilização dos relés de proteção, quando existe uma circulação de corrente para a terra, provocada por anormalidades no sistema elétrico. Observe no diagrama a seguir os principais riscos elétricos associados à ocorrência de incêndio e explosão: Já a caixa de destaque “Resumindo” é uma versão compacta dos principais pontos abordados no capítulo. Em “Atenção” estão destacadas as informações que não devem ser esquecidas. Todos os recursos didáticos presentes nesta apostila têm como objetivo facilitar o aprendizado de seu conteúdo. Aproveite este material para o seu desenvolvimento profi ssional! Uma das principais substâncias removidas em poços de petróleo pelo pig de limpeza é a parafi na. Devido às baixas temperaturas do oceano, a parafi na se acumula nas paredes da tubulação. Com o tempo, a massa pode vir a bloquear o fl uxo de óleo, em um processo similar ao da arteriosclerose. VOCÊ SABIA?? É muito importante que você conheça os tipos de pig de limpeza e de pig instrumentado mais utilizados na sua Unidade. Informe-se junto a ela! ImpOrTANTE! ATENÇÃO É muito importante que você conheça os procedimentos específicos para passagem de pig em poços na sua Unidade. Informe-se e saiba quais são eles. Recomendações gerais • Antes do carregamento do pig, inspecione o interior do lançador; • Após a retirada de um pig, inspecione internamente o recebedor de pigs; • Lançadores e recebedores deverão ter suas rESUmINDO... NÍVEL DE RUÍDO DB (A) MÁXIMA EXPOSIÇÃO DIÁRIA PERMISSÍVEL 85 8 horas 86 7 horas 87 6 horas 88 5 horas 89 4 horas e 30 minutos 90 4 horas 91 3 horas e 30 minutos 92 3 horas 93 2 horas e 40 minutos 94 2 horas e 15 minutos 95 2 horas 96 1 hora e 45 minutos 98 1 hora e 15 minutos 100 1 hora 102 45 minutos 104 35 minutos 105 30 minutos 106 25 minutos 108 20 minutos 110 15 minutos 112 10 minutos 114 8 minutos 115 7 minutos Uma das principais substâncias removidas em poços de petróleo pelo pig de limpeza é a parafi na. Devido às baixas temperaturas do oceano, a parafi na se acumula nas paredes da tubulação. Com o tempo, a massa pode vir a bloquear o fl uxo de óleo, em um processo similar ao da arteriosclerose. VOCÊ SABIA?? É muito importante que você conheça os tipos de pig de limpeza e de pig instrumentado mais utilizados na sua Unidade. Informe-se junto a ela! ImpOrTANTE! ATENÇÃO É muito importante que você conheça os procedimentos específicos para passagem de pig em poços na sua Unidade. Informe-se e saiba quais são eles. Recomendações gerais • Antes do carregamento do pig, inspecione o interior do lançador; • Após a retirada de um pig, inspecione internamente o recebedor de pigs; • Lançadores e recebedores deverão ter suas rESUmINDO... NÍVEL DE RUÍDO DB (A) MÁXIMA EXPOSIÇÃO DIÁRIA PERMISSÍVEL 85 8 horas 86 7 horas 87 6 horas 88 5 horas 89 4 horas e 30 minutos 90 4 horas 91 3 horas e 30 minutos 92 3 horas 93 2 horas e 40 minutos 94 2 horas e 15 minutos 95 2 horas 96 1 hora e 45 minutos 98 1 hora e 15 minutos 100 1 hora 102 45 minutos 104 35 minutos 105 30 minutos 106 25 minutos 108 20 minutos 110 15 minutos 112 10 minutos 114 8 minutos 115 7 minutos Uma das principais substâncias removidas em poços de petróleo pelo pig de limpeza é a parafi na. Devido às baixas temperaturas do oceano, a parafi na se acumula nas paredes da tubulação. Com o tempo, a massa pode vir a bloquear o fl uxo de óleo, em um processo similar ao da arteriosclerose. VOCÊ SABIA?? É muito importanteque você conheça os tipos de pig de limpeza e de pig instrumentado mais utilizados na sua Unidade. Informe-se junto a ela! ImpOrTANTE! ATENÇÃO É muito importante que você conheça os procedimentos específicos para passagem de pig em poços na sua Unidade. Informe-se e saiba quais são eles. Recomendações gerais • Antes do carregamento do pig, inspecione o interior do lançador; • Após a retirada de um pig, inspecione internamente o recebedor de pigs; • Lançadores e recebedores deverão ter suas rESUmINDO... NÍVEL DE RUÍDO DB (A) MÁXIMA EXPOSIÇÃO DIÁRIA PERMISSÍVEL 85 8 horas 86 7 horas 87 6 horas 88 5 horas 89 4 horas e 30 minutos 90 4 horas 91 3 horas e 30 minutos 92 3 horas 93 2 horas e 40 minutos 94 2 horas e 15 minutos 95 2 horas 96 1 hora e 45 minutos 98 1 hora e 15 minutos 100 1 hora 102 45 minutos 104 35 minutos 105 30 minutos 106 25 minutos 108 20 minutos 110 15 minutos 112 10 minutos 114 8 minutos 115 7 minutos Caso sinta necessidade de saber de onde foram retirados os insumos para o desenvolvimento do conteúdo desta apostila, ou tenha interesse em se aprofundar em determinados temas, basta consultar a Bibliografi a ao fi nal de cada capítulo. Ao longo de todo o material, caixas de destaque estão presentes. Cada uma delas tem objetivos distintos. A caixa “Você Sabia” traz curiosidades a respeito do conteúdo abordado de um determinado item do capítulo. “Importante” é um lembrete das questões essenciais do conteúdo tratado no capítulo. 24 Alta Competência 25 Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança CARDOSO ALVES, Paulo Alberto e VIANA, Ronaldo Sá. Aterramento de sistemas elétricos - inspeção e medição da resistência de aterramento. UN-BC/ST/EMI – Elétrica, 2007. COELHO FILHO, Roberto Ferreira. Riscos em instalações e serviços com eletricidade. Curso técnico de segurança do trabalho, 2005. Norma Petrobras N-2222. Projeto de aterramento de segurança em unidades marítimas. Comissão de Normas Técnicas - CONTEC, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5410. Instalações elétricas de baixa tensão. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5419. Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005. Norma Regulamentadora NR-10. Segurança em instalações e serviços em eletricidade. Ministério do Trabalho e Emprego, 2004. Disponível em: <http:// www.mte.gov.br/legislacao/normas_regulamentadoras/nr_10.pdf> - Acesso em: 14 mar. 2008. NFPA 780. Standard for the Installation of Lightining Protection Systems. National Fire Protection Association, 2004. Manuais de Cardiologia. Disponível em: <http://www.manuaisdecardiologia.med. br/Arritmia/Fibrilacaoatrial.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008. Mundo Educação. Disponível em: <http://mundoeducacao.uol.com.br/doencas/ parada-cardiorespiratoria.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008. Mundo Ciência. Disponível em: <http://www.mundociencia.com.br/fi sica/eletricidade/ choque.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008. 1) Que relação podemos estabelecer entre riscos elétricos e aterramento de segurança? O aterramento de segurança é uma das formas de minimizar os riscos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas elétricos. 2) Apresentamos, a seguir, trechos de Normas Técnicas que abordam os cuidados e critérios relacionados a riscos elétricos. Correlacione-os aos tipos de riscos, marcando A ou B, conforme, o caso: A) Risco de incêndio e explosão B) Risco de contato ( B ) “Todas as partes das instalações elétricas devem ser projetadas e executadas de modo que seja possível prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico e todos os outros tipos de acidentes.” ( A ) “Nas instalações elétricas de áreas classifi cadas (...) devem ser adotados dispositivos de proteção, como alarme e seccionamento automático para prevenir sobretensões, sobrecorrentes, falhas de isolamento, aquecimentos ou outras condições anormais de operação.” ( B ) “Nas partes das instalações elétricas sob tensão, (...) durante os trabalhos de reparação, ou sempre que for julgado necessário à segurança, devem ser colocadas placas de aviso, inscrições de advertência, bandeirolas e demais meios de sinalização que chamem a atenção quanto ao risco.” ( A ) “Os materiais, peças, dispositivos, equipamentos e sistemas destinados à aplicação em instalações elétricas (...) devem ser avaliados quanto à sua conformidade, no âmbito do Sistema Brasileiro de Certifi cação.” 3) Marque V para verdadeiro e F para falso nas alternativas a seguir: ( V ) O contato direto ocorre quando a pessoa toca as partes normalmente energizadas da instalação elétrica. ( F ) Apenas as partes energizadas de um equipamento podem oferecer riscos de choques elétricos. ( V ) Se uma pessoa tocar a parte metálica, não energizada, de um equipamento não aterrado, poderá receber uma descarga elétrica, se houver falha no isolamento desse equipamento. ( V ) Em um choque elétrico, o corpo da pessoa pode atuar como um “fi o terra”. ( F ) A queimadura é o principal efeito fi siológico associado à passagem da corrente elétrica pelo corpo humano. 1.7. Gabarito1.6. Bibliografi a 14 Alta Competência 15 Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança É atribuído a Tales de Mileto (624 - 556 a.C.) a primeira observação de um fenômeno relacionado com a eletricidade estática. Ele teria esfregado um fragmento de âmbar com um tecido seco e obtido um comportamento inusitado – o âmbar era capaz de atrair pequenos pedaços de palha. O âmbar é o nome dado à resina produzida por pinheiros que protege a árvore de agressões externas. Após sofrer um processo semelhante à fossilização, ela se torna um material duro e resistente. Os riscos elétricos de uma instalação são divididos em dois grupos principais: 1.1. Riscos de incêndio e explosão Podemos defi nir os riscos de incêndio e explosão da seguinte forma: Situações associadas à presença de sobretensões, sobrecorrentes, fogo no ambiente elétrico e possibilidade de ignição de atmosfera potencialmente explosiva por descarga descontrolada de eletricidade estática. Os riscos de incêndio e explosão estão presentes em qualquer instalação e seu descontrole se traduz principalmente em danos pessoais, materiais e de continuidade operacional. Trazendo este conhecimento para a realidade do E&P, podemos observar alguns pontos que garantirão o controle dos riscos de incêndio e explosão nos níveis defi nidos pelas normas de segurança durante o projeto da instalação, como por exemplo: A escolha do tipo de • aterramento funcional mais adequado ao ambiente; A seleção dos dispositivos de proteção e controle;• A correta manutenção do sistema elétrico.• O aterramento funcional do sistema elétrico tem como função permitir o funcionamento confi ável e efi ciente dos dispositivos de proteção, através da sensibilização dos relés de proteção, quando existe uma circulação de corrente para a terra, provocada por anormalidades no sistema elétrico. Observe no diagrama a seguir os principais riscos elétricos associados à ocorrência de incêndio e explosão: Já a caixa de destaque “Resumindo” é uma versão compacta dos principais pontos abordados no capítulo. Em “Atenção” estão destacadas as informações que não devem ser esquecidas. Todos os recursos didáticos presentes nesta apostila têm como objetivo facilitar o aprendizado de seu conteúdo. Aproveite este material para o seu desenvolvimento profi ssional! Uma das principais substâncias removidas em poços de petróleo pelo pig de limpeza é a parafi na. Devido às baixas temperaturas do oceano, a parafi na se acumula nas paredes da tubulação. Com o tempo, a massa pode vir a bloquear o fl uxo de óleo, em um processo similar ao da arteriosclerose. VOCÊ SABIA?? É muito importante que você conheça os tipos de pig de limpeza e de pig instrumentado mais utilizados na sua Unidade. Informe-se junto a ela! ImpOrTANTE! ATENÇÃO É muito importanteque você conheça os procedimentos específicos para passagem de pig em poços na sua Unidade. Informe-se e saiba quais são eles. Recomendações gerais • Antes do carregamento do pig, inspecione o interior do lançador; • Após a retirada de um pig, inspecione internamente o recebedor de pigs; • Lançadores e recebedores deverão ter suas rESUmINDO... NÍVEL DE RUÍDO DB (A) MÁXIMA EXPOSIÇÃO DIÁRIA PERMISSÍVEL 85 8 horas 86 7 horas 87 6 horas 88 5 horas 89 4 horas e 30 minutos 90 4 horas 91 3 horas e 30 minutos 92 3 horas 93 2 horas e 40 minutos 94 2 horas e 15 minutos 95 2 horas 96 1 hora e 45 minutos 98 1 hora e 15 minutos 100 1 hora 102 45 minutos 104 35 minutos 105 30 minutos 106 25 minutos 108 20 minutos 110 15 minutos 112 10 minutos 114 8 minutos 115 7 minutos Uma das principais substâncias removidas em poços de petróleo pelo pig de limpeza é a parafi na. Devido às baixas temperaturas do oceano, a parafi na se acumula nas paredes da tubulação. Com o tempo, a massa pode vir a bloquear o fl uxo de óleo, em um processo similar ao da arteriosclerose. VOCÊ SABIA?? É muito importante que você conheça os tipos de pig de limpeza e de pig instrumentado mais utilizados na sua Unidade. Informe-se junto a ela! ImpOrTANTE! ATENÇÃO É muito importante que você conheça os procedimentos específicos para passagem de pig em poços na sua Unidade. Informe-se e saiba quais são eles. Recomendações gerais • Antes do carregamento do pig, inspecione o interior do lançador; • Após a retirada de um pig, inspecione internamente o recebedor de pigs; • Lançadores e recebedores deverão ter suas rESUmINDO... NÍVEL DE RUÍDO DB (A) MÁXIMA EXPOSIÇÃO DIÁRIA PERMISSÍVEL 85 8 horas 86 7 horas 87 6 horas 88 5 horas 89 4 horas e 30 minutos 90 4 horas 91 3 horas e 30 minutos 92 3 horas 93 2 horas e 40 minutos 94 2 horas e 15 minutos 95 2 horas 96 1 hora e 45 minutos 98 1 hora e 15 minutos 100 1 hora 102 45 minutos 104 35 minutos 105 30 minutos 106 25 minutos 108 20 minutos 110 15 minutos 112 10 minutos 114 8 minutos 115 7 minutos Uma das principais substâncias removidas em poços de petróleo pelo pig de limpeza é a parafi na. Devido às baixas temperaturas do oceano, a parafi na se acumula nas paredes da tubulação. Com o tempo, a massa pode vir a bloquear o fl uxo de óleo, em um processo similar ao da arteriosclerose. VOCÊ SABIA?? É muito importante que você conheça os tipos de pig de limpeza e de pig instrumentado mais utilizados na sua Unidade. Informe-se junto a ela! ImpOrTANTE! ATENÇÃO É muito importante que você conheça os procedimentos específicos para passagem de pig em poços na sua Unidade. Informe-se e saiba quais são eles. Recomendações gerais • Antes do carregamento do pig, inspecione o interior do lançador; • Após a retirada de um pig, inspecione internamente o recebedor de pigs; • Lançadores e recebedores deverão ter suas rESUmINDO... NÍVEL DE RUÍDO DB (A) MÁXIMA EXPOSIÇÃO DIÁRIA PERMISSÍVEL 85 8 horas 86 7 horas 87 6 horas 88 5 horas 89 4 horas e 30 minutos 90 4 horas 91 3 horas e 30 minutos 92 3 horas 93 2 horas e 40 minutos 94 2 horas e 15 minutos 95 2 horas 96 1 hora e 45 minutos 98 1 hora e 15 minutos 100 1 hora 102 45 minutos 104 35 minutos 105 30 minutos 106 25 minutos 108 20 minutos 110 15 minutos 112 10 minutos 114 8 minutos 115 7 minutos sumáriosumário Introdução 15 Capítulo 1 - Processos corrosivos Objetivos 17 1. Processos corrosivos 19 1.1. Conceito de corrosão 19 1.2. Classificação dos processos corrosivos 20 1.3. Meios corrosivos 22 1.4. Exercícios 25 1.5. Glossário 27 1.6. Bibliografia 28 1.7. Gabarito 29 Capítulo 2 - Medição do potencial eletroquímico Objetivos 31 2. Medição do potencial eletroquímico 33 2.1. Potencial de eletrodo 42 2.2. Eletrodos de referência 43 2.3. Potenciais de eletrodo irreversíveis (potencial de corrosão) 47 2.4. Exercícios 49 2.5. Glossário 50 2.6. Bibliografia 51 2.7. Gabarito 52 Capítulo 3 - Proteção Objetivos 53 3. Proteção 55 3.1. Proteção passiva ou anódica 56 3.2. Proteção catódica galvânica 58 3.3. Proteção catódica por corrente impressa 60 3.3.1. Operação 63 3.3.2. Manutenção 66 3.3.3. Monitoração 67 3.3.4. Problemas decorrentes da superproteção 71 3.4. Exercícios 73 3.5. Glossário 75 3.6. Bibliografia 77 3.7. Gabarito 78 Capítulo 4 - Pintura industrial Objetivos 81 4. Pintura industrial 83 4.1. Tratamento manual 83 4.2. Tratamento mecânico 84 4.3. Tratamento com jato abrasivo 84 4.4. Hidrojateamento com alta e ultra-alta pressão 86 4.4.1. Graus de oxidação instantânea ou flash rust 88 4.5. Equipamentos de preparação de superfície 90 4.5.1. Equipamentos de preparação de superfície por jateamento abrasivo 91 4.6. Seleção dos esquemas de pintura 93 4.7. Fatores que orientam a seleção 94 4.8. Esquemas para imersão 95 4.8.1. Imersão em água salgada 95 4.8.2. Imersão em água doce não-potável 96 4.8.3. Imersão em derivados de petróleo e produtos químicos 96 4.9. Esquemas para superfícies quentes 96 4.9.1. Superfícies quentes na faixa de 80 a 120°C 97 4.9.2. Superfícies quentes de 120 a 500°C 97 4.9.3. Superfícies quentes acima de 500°C 98 4.9.4. Tinta tolerante a superfícies molhadas (Norma Petrobras N-2680) 98 4.10. Procedimentos de esquemas de pintura 99 4.10.1. Esquemas para atmosferas altamente agressivas 99 4.10.2. Esquemas para atmosferas medianamente agressivas 100 4.10.3. Esquemas para atmosferas pouco agressivas 100 4.10.4. Esquemas para superfícies galvanizadas 101 4.10.5. Esquemas específicos 101 4.11. Exercícios 103 4.12. Glossário 105 4.13. Bibliografia 108 4.14. Gabarito 109 Capítulo 5 - Processos incrustantes Objetivos 111 5. Processos incrustantes 113 5.1. Mecanismos de incrustação 113 5.2. Prevenção e controle dos processos incrustantes 117 5.3. Exercícios 119 5.4. Glossário 121 5.5. Bibliografia 122 5.6. Gabarito 123 15 Introdução Ao longo dos anos as indústrias contabilizaram grandes perdas decorrentes de processos corrosivos e incrustantes. Esses problemas são freqüentes e ocorrem nas mais variadas atividades, como por exemplo, na indústria petrolífera. As perdas econômicas que atingem as diversas indústrias podem afetar direta ou indiretamente os custos de produção de uma unidade. De forma direta, quando se faz necessária a substituição ou reparo de um equipamento ou trecho de tubulação, implicando também em paradas operacionais não programadas. Já as perdas indiretas são mais difíceis de avaliar, no entanto, os custos são mais elevados e nem sempre podem ser quantificados. Em alguns setores, embora os mecanismos de corrosão e incrustação não sejam muito representativos em termos de custos diretos, deve- se levar em consideração o que eles podem representar em questões, principalmente, de segurança. A corrosão localizada, por exemplo, pode resultar em fraturas e rompimentos de tubulações, provocando sérias conseqüências. Um outro fato a ser considerado na indústria do petróleo, com bastante relevância para o estudo do conhecimento de corrosão, é a larga utilização de materiais que apresentam um baixo custo e facilidade de fabricação. A extensa utilização de aço-carbono como material empregado na construção de linhas de transporte de petróleo é um compromisso de escolha, pois o aço oferece uma combinação de alta resistência, baixo custo e facilidade de fabricação. Este material é, contudo, susceptível à corrosão e a forma mais comum de ataque é a do tipo localizado, onde a taxa de corrosão é mais acentuada em algumas regiões, devido às diferenças de potencial entre diferentes pontos de uma mesma superfície metálica. 16 Alta Competência O conhecimento dos processos incrustantes não é menos importante, visto que o acúmulo das incrustações, quando não controladas ou eliminadas por completo, acarretará em forma de corrosão constante e progressiva, formando uma camada espessa bastante dura e de difícil remoção. Tal camada, além de contribuir para a reduçãoda eficiência térmica, aumenta a probabilidade de corrosão sob depósito. Por fim, é importante ressaltar que tanto a incrustação quanto a corrosão diminuem a eficiência dos equipamentos, causando excessivo consumo de energia em determinados sistemas, criando grandes possibilidades de falhas que podem ser catastróficas. Desta forma, no estudo deste conhecimento, abordaremos os fundamentos básicos teóricos que possibilitarão a compreensão de forma simples e objetiva dos mecanismos atuantes, dos processos de corrosão e incrustação, bem como a aplicação dos métodos que possibilitem minimizar os seus efeitos, além da importância econômica e da segurança operacional. PRefáCIo C ap ít u lo 1 Processos corrosivos Ao final desse capítulo, o treinando poderá: • Identificar os mecanismos básicos de corrosão; • Distinguir os principais métodos de monitoramento da corrosão. 18 Alta Competência 19 Capítulo 1. Processos corrosivos 1. Processos corrosivos Em nossa vida cotidiana, sobretudo para os que vivem próximo ao mar, percebe-se a luta contra a ação corrosiva que atinge principalmente as partes metálicas de geladeiras, esquadrias e automóveis. Se nossa luta doméstica contra esse tipo de corrosão – a ferrugem em superfícies metálicas – já requer cuidados especiais, não é difícil imaginar a importância de conhecer melhor os processos corrosivos e os mecanismos de prevenção e recuperação na indústria, em especial na de petróleo, na qual dutos e equipamentos estão expostos a condições ambientais e substâncias que favorecem a corrosão. Sendo assim, o primeiro passo é compreender melhor o que vem a ser corrosão. Veja na ilustração a seguir um exemplo de processo corrosivo: Tubo de permutador de calor em processo corrosivo severo Fonte: Petrobras 1.1. Conceito de corrosão Corrosão, palavra derivada do termo em latim corrodere, foi traduzida para o inglês como corrosion e depois trazida para a língua portuguesa como corrosão. Nos dias atuais, transformou-se em sinônimo genérico de destruição. 20 Alta Competência A corrosão é, resumidamente, a deterioração de materiais que ocorre a partir da ação química ou eletroquímica do meio. A ação do meio corrosivo é um fator determinante na escolha de materiais para a construção de equipamentos e instalações. Engana-se quem pensa que a corrosão atinge apenas materiais metálicos como aços e as ligas de cobre. Ela atinge, também, materiais não metálicos como plásticos, cerâmica ou concreto. Por esse motivo é imprescindível que, no emprego de equipamentos que possuam componentes à base desses materiais, sejam considerados os efeitos corrosivos que possam sofrer ao longo do tempo e de sua utilização. 1.2. Classificação dos processos corrosivos Dependendo do tipo de ação do meio corrosivo sobre os materiais metálicos, os processos corrosivos podem ser classificados em dois grandes grupos, abrangendo todos os casos de deterioração por corrosão: Corrosão eletroquímica;• Corrosão química.• Mais comuns na natureza, os processos de corrosão eletroquímica apresentam as seguintes características: Progridem essencialmente na presença de água no estado líquido;• Acontecem em temperaturas inferiores ao ponto de orvalho • da água, sendo a grande maioria na temperatura ambiente; Abrangem a formação de uma • pilha ou célula de corrosão, com a circulação de elétrons na superfície metálica. 21 Capítulo 1. Processos corrosivos Por causa da necessidade de o eletrólito possuir água líquida, a corrosão eletroquímica é denominada, também, corrosão em meio aquoso. Nos processos de corrosão, os metais reagem com os elementos não metálicos presentes no meio, O2, S, H2S, CO2, entre outros, produzindo compostos semelhantes aos encontrados na natureza, dos quais foram extraídos. Assim sendo, nestes casos, conclui-se que a corrosão equivale ao inverso dos processos metalúrgicos, como pode ser visto na ilustração a seguir: ENERGIA METAL COMPOSTO (MINÉRIO) M ET A LU R G IA C O R R O Sà O EN ER G IA E2 E1 ENERGIA Ciclo dos metais Os processos de corrosão química são, por vezes, chamados de corrosão ou oxidação em altas temperaturas. Estes processos ocorrem com menor freqüência na natureza envolvendo operações nas quais as temperaturas são elevadas. As características básicas desses processos corrosivos são: Falta da água líquida;• Temperaturas, em geral, altas, continuamente acima do ponto • de orvalho da água; Interação direta entre o meio corrosivo e o metal.• Assim, a corrosão química não precisa de água no estado líquido, sendo denominada corrosão em meio não aquoso ou corrosão seca. 22 Alta Competência ATENÇÃO Vale perguntar, então: todo processo de deterioração de materiais constitui um processo de corrosão? Existem processos de deterioração de materiais que ocorrem durante a sua vida em serviço, que não se enquadram na definição de corrosão. Um deles é o desgaste devido à erosão, que remove mecanicamente partículas do material. Embora esta perda de material seja gradual e decorrente da ação do meio, tem-se um processo eminentemente físico e não químico ou eletroquímico. Pode-se, entretanto, ocorrer, em certos casos, ação simultânea da corrosão, constituindo o fenômeno da corrosão-erosão. Há um outro tipo de alteração no material que ocorre em serviço: são as transformações metalúrgicas que podem acontecer em alguns materiais, particularmente em serviço com temperaturas elevadas. As propriedades mecânicas acabam sofrendo grandes variações devido às transformações metalúrgicas como, por exemplo, uma excessiva fragilidade na temperatura ambiente. As transformações metalúrgicas podem trazer consigo uma grande suscetibilidade do material a um tipo de corrosão conhecida como corrosão intergranular. Outro fenômeno que pode atacar um material é o conhecido como fluência que produz uma deformação plástica nesse material evoluindo ao longo do tempo. E o que produz essa deformação? A tensão atuante no material e a temperatura. 1.3. Meios corrosivos A corrosão é o ponto fraco de todos os metais. Não há um único metal que não esteja sujeito à corrosão. Basta haver meio corrosivo suficiente para isso. Veja alguns exemplos de formas diferentes com que metais distintos reagem: 23 Capítulo 1. Processos corrosivos O aço inoxidável na presença de íon cloreto sofre • corrosão localizada; O ouro não é resistente à mistura de ácido clorídrico e • ácido nítrico; O titânio sofre corrosão quando exposto a ácido fluorídrico.• O eletrólito é uma solução eletricamente condutora constituída de água contendo sais, ácidos ou bases. O surgimento do eletrólito só é possibilitado pelos meios corrosivos em corrosão eletroquímica. VOCÊ SABIA?? Principais meios corrosivos e respectivos eletrólitos Meio corrosivo Eletrólito Atmosfera Presença de umidade, sais em suspensão, gases industriais, poeira etc. O eletrólito compõe-se da água que condensa na superfície metálica, na presença de sais ou gases existentes no ambiente. Solos Presença de umidade, sais minerais e bactérias. Há solos que apresentam, também, características ácidas ou básicas. O eletrólito compõe-se, principalmente, da água com sais dissolvidos. Águas naturais (rios, lagos e do subsolo) Presença de sais minerais, ácidos ou bases, resíduos industriais, bactérias, poluentes diversos e gases dissolvidos. O eletrólito compõe-se da água com sais dissolvidos. Água do mar Presença de quantidade apreciável de sais. Devido à existência acentuada de sais, a água do mar é um eletrólito poderoso. Outros constituintes como gases dissolvidos também podem acelerar os processos corrosivos. Produtos químicos Os produtos químicos, sempre que em contato com água ou com umidade, podem provocar corrosão eletroquímica. 24 Alta Competência ATENÇÃO A análise da água do mar, em média, apresenta os seguintes constituintes em gramas por litro (g/l) de água: Cloreto (Cl-) 18,9799Sulfato (SO -) 2,6486 Bicarbonato (HCO) 0,1397 Brometo (Br-) 0,0646 Fluoreto (F-) 0,0013 Ácido Bórico (H3BO3) 0,0260 Sódio (Na+) 10,5561 Magnésio (Mg2+) 1,2720 Cálcio (Ca2+) 0,4001 Potássio (K+) 0,3800 Estrôncio (Sr 2+) 0,0133 25 Capítulo 1. Processos corrosivos 1) Dependendo do tipo de ação do meio corrosivo sobre os materiais metálicos, os processos corrosivos podem ser eletroquímicos e químicos. Relacione os processos corrosivos com a caracterização de ocorrência de cada um. ( A ) ( B ) Processo de corrosão eletroquímica Processo de corrosão química ( ) Necessariamente na presença de água no estado líquido. ( ) Preferencialmente na temperatura ambiente. ( ) Interação direta entre o metal e o meio corrosivo. ( ) Temperaturas, em geral, elevadas. ( ) Formação de uma pilha ou célula de corrosão, com a circulação de elétrons na superfície metálica. 2) Os meios corrosivos em corrosão eletroquímica são responsáveis pelo aparecimento do eletrólito. Explique o que é um eletrólito e cite 3 meios corrosivos. _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 1.4. exercícios 26 Alta Competência 3) Complete a segunda coluna de acordo com o meio corrosivo da primeira. ( A ) Atmosfera ( ) Presença de quantidade apreciável de sais. Devido à existência acentuada de sais, a água do mar é um eletrólito po- deroso. Outros constituintes como gases dissolvidos também podem acelerar os processos corrosivos. ( B ) Solos ( ) Presença de sais minerais, ácidos ou bases, resíduos industriais, bactérias, poluentes diversos e gases dissolvidos. O eletrólito compõe-se da água com sais dissolvidos. ( C ) Águas naturais ( ) Presença de umidade, sais em suspensão, gases industriais, poeira etc. O eletrólito compõe-se da água que condensa na superfície metálica, na presença de sais ou gases existentes no ambiente. ( D ) Água do mar ( ) Os produtos químicos, sempre que em contato com água ou com umidade, podem provocar corrosão eletroquímica. ( E ) Produtos químicos ( ) Presença de umidade, sais minerais e bactérias. Há solos que apresentam, também, características ácidas ou básicas. O eletrólito compõe-se, principalmente, da água com sais dissolvidos. 27 Capítulo 1. Processos corrosivos Eletrólito - solução eletricamente condutora constituída de água contendo sais, ácidos ou bases. Oxidação - perda de elétrons ou o aumento do número de oxidação de um elemento. Pilha ou célula de corrosão - tipo de gerador elétrico resultante de reações químicas. 1.5. Glossário 28 Alta Competência ANDRADE, Cynthia de Azevedo. Corrosão em Águas – Petrobras, Rio de Janeiro, 2006. FREITAS, Nair e SALVADOR Angélica. Manutenção das Facilidades de Produção e Dutos através de Boas Práticas de Operação – Petrobras, Rio de Janeiro, 2006. GENTIL, Vicente. Corrosão - Livros Técnicos e Científicos. 3a Edição. Editora S.A, Rio de Janeiro, 1996. 1.6. Bibliografia 29 Capítulo 1. Processos corrosivos 1) Dependendo do tipo de ação do meio corrosivo sobre os materiais metálicos, os processos corrosivos podem ser eletroquímicos e químicos. Relacione os processos corrosivos com a caracterização de ocorrência de cada um. ( A ) ( B ) Processo de corrosão eletroquímica Processo de corrosão química ( A ) Necessariamente na presença de água no estado líquido. ( A ) Preferencialmente na temperatura am- biente. ( B ) Interação direta entre o metal e o meio corrosivo. ( B ) Temperaturas, em geral, elevadas. ( A ) Formação de uma pilha ou célula de cor- rosão, com a circulação de elétrons na su- perfície metálica. 2) Os meios corrosivos em corrosão eletroquímica são responsáveis pelo aparecimento do eletrólito. Explique o que é um eletrólito e cite 3 meios corrosivos. Eletrólito: é uma solução eletricamente condutora constituída de água contendo sais, ácidos ou bases. Meios corrosivos: atmosfera, solo, águas naturais (rios, lagos e do subsolo), água do mar e produtos químicos. 3) Complete a segunda coluna de acordo com o meio corrosivo da primeira. ( A ) Atmosfera ( D ) Presença de quantidade apreciável de sais. Devido à existência acentuada de sais, a água do mar é um eletrólito poderoso. Outros constituintes como gases dissolvidos também podem acelerar os processos corrosivos. ( B ) Solos ( C ) Presença de sais minerais, ácidos ou bases, resíduos industriais, bactérias, poluentes diversos e gases dissolvidos. O eletrólito compõe-se da água com sais dissolvidos. ( C ) Águas naturais ( A ) Presença de umidade, sais em suspensão, gases industriais, poeira etc. O eletrólito compõe-se da água que condensa na superfície metálica, na presença de sais ou gases existentes no ambiente. ( D ) Água do mar ( E ) Os produtos químicos, sempre que em contato com água ou com umidade, podem provocar corrosão eletroquímica. ( E ) Produtos químicos ( B ) Presença de umidade, sais minerais e bactérias. Há solos que apresentam, também, características ácidas ou bá- sicas. O eletrólito compõe-se, principalmente, da água com sais dissolvidos. 1.7. Gabarito PRefáCIo C ap ít u lo 2 Medição do potencial eletroquímico Ao final desse capítulo, o treinando poderá: • Identificar as atividades referentes ao processo de medição do potencial eletroquímico; • Explicar o processo de formação de uma pilha de corrosão e seu papel na corrosão e na proteção de equipamentos metálicos. 32 Alta Competência 33 Capítulo 2 - Medição do potencial eletroquímico 2. Medição do potencial eletroquímico Muitas vezes, fala-se que um equipamento sofreu corrosão porque se formou uma pilha. Mas o que significa isso e de que forma ocorre? Este conhecimento é fundamental para a compreensão do papel da pilha na corrosão e na proteção dos equipamentos. As pilhas eletroquímicas são de grande importância no estudo da corrosão. Para entender o papel da pilha na corrosão e na proteção dos equipamentos, é necessário primeiramente conhecer os componentes básicos de uma pilha, bem como as reações químicas envolvidas. A corrosão pode ser definida como sendo a destruição eletroquímica de materiais metálicos por reação com o meio ambiente. Deste modo, a corrosão é a transformação química destrutiva de um metal ou uma liga metálica, que ocasiona ou é ocasionada por um fluxo de elétrons. Para que uma corrente elétrica ou um fluxo de elétrons escoe, é necessária a existência de um circuito elétrico completo. No caso de um sistema de corrosão, este circuito é constituído dos seguintes componentes: Anodo: eletrodo em que há • oxidação (corrosão) e onde a corrente, na forma de íons metálicos positivos, entra no eletrólito; Eletrólito• : é o condutor (normalmente líquido), contendo íons que transportam a corrente para o catodo; Catodo: eletrodo em que há • redução e onde a corrente sai do eletrólito; Circuito metálico: é a ligação metálica entre o anodo e o • catodo, por onde escoam os elétrons no sentido anodo-catodo. 34 Alta Competência Agora, já é possível perceber que pilha ou célula eletroquímica é um dispositivo que transforma energia química em energia elétrica. Isto é conseguido, por meio de uma reação de oxirredução, com o oxidante (anodo) e o redutor (catodo) separados em compartimentos diferentes, de modo que o redutor seja obrigado a entregar os elétrons ao oxidante através de um circuito externo (fio). Quando dois metais diferentes estão em contato e imersos em um meio condutor temos aí uma pilha eletroquímica e um dos metais sofrerá corrosão. Se qualquer um desses componentes for retirado, eliminamos a pilha e, conseqüentemente, diminuímos a probabilidade da ocorrência de processo corrosivo. Observe a ilustração a seguir que representa um esquema de pilha eletroquímica:Anodo Catodo Ponte salina Fio condutor e Esquema representativo de uma pilha O que ocorre é a formação de uma pilha de corrosão através da cessão de elétrons de uma região para outra. A espécie química que cede (perde) os elétrons sofre oxidação e o local em que ocorre a oxidação (corrosão) é chamado de anodo. As reações na área anódica (anodo da pilha de corrosão) são reações de oxidação. Seja um metal M imerso em água. Se esse metal M tiver tendência a se solubilizar em água, ele passará para a água sob a forma do íon M+n. 35 Capítulo 2 - Medição do potencial eletroquímico Deste modo, o metal M fica carregado com elétrons e tem tendência a fornecê-los. Assim: M→ M n+ + ne- Onde: M = símbolo do elemento químico principal na composição química do metal; M n+ = símbolo do cátion do elemento químico M; n = número de oxidação do metal M; eˉ = elétron. A reação mais importante e responsável pelo desgaste do material é a de passagem do metal da forma reduzida (M) para a iônica (M n+). Exemplos de reações de oxidação (responsável pelo desgaste do material): Na → Na + + eˉ Fe → Fe 2+ + 2eˉ Al → Al 3+ + 3e ˉ Zn → Zn 2+ + 2e ˉ Por outro lado, a espécie química que ganha os elétrons sofre redução e o local onde ocorre a redução é chamado de catodo. As reações na área catódica (catodo da pilha de corrosão) são reações de redução. 36 Alta Competência Neste caso, a reação catódica de redução do oxidante assimila elétrons cedidos pelo metal e passa para a solução na forma reduzida. Esta reação transfere cargas elétricas da solução para o metal, ou seja, gera uma corrente elétrica que atravessa a interface catódica. O íon Xn+ tem uma tendência espontânea para receber os elétrons cedidos pelo elemento M na reação de oxidação. Assim: Xn+ + neˉ → X Onde: X n+ = símbolo do cátion com prioridade de descarga presente no meio; n = número de elétrons descarregados; eˉ = elétron; X = símbolo do átomo do cátion descarregado. As reações de redução são realizadas com íon do meio corrosivo ou, eventualmente, com íons metálicos da solução. As reações catódicas mais comuns nos processos corrosivos são: 2H + + 2eˉ → H2 - ocorre em meios neutros ou básicos; 4H + + O2 + 4eˉ → 2H2O - ocorre em meios ácidos; 2H2O + O2 + 4eˉ → 4OH - - ocorre em meios neutros ou básicos. 37 Capítulo 2 - Medição do potencial eletroquímico Oxidação - é a perda de elétrons ou o aumento do número de oxidação de um elemento. Redução - é o ganho de elétrons ou a diminuição do número de oxidação de um elemento. Reação de oxirredução - é quando há transferência de elétrons. Oxidante - é o elemento ou a substância que provo- ca oxidações (ele próprio se reduzindo). Redutor - é o elemento ou substância que provoca reduções (ele próprio se oxidando). ImpOrTANTE! A pilha é caracterizada por uma diferença de potencial entre seus eletrodos, ou seja, Epilha = Ecatodo -Eanodo, onde Ecatodo e Eanodo são os potenciais de redução dos eletrodos. Essa diferença aparece quando: Os eletrodos são constituídos de diferentes substâncias e • possuem, portanto, diferentes potenciais; Os eletrodos são da mesma substância, mas as soluções contêm • atividades diferentes; Os eletrodos são da mesma substância e as soluções contêm • atividades iguais, mas os eletrodos estão submetidos a diferentes pressões parciais de substâncias gasosas; Os eletrodos estão a temperaturas diferentes.• 38 Alta Competência Onde: Epilha = diferença de potencial da pilha; Ecatodo = potencial de redução do catodo; Eanodo = potencial de redução do anodo. Nos processos de corrosão, devem ser destacados 3 principais tipos de pilhas eletroquímicas, nas quais se verifica que as reações criam, espontaneamente, uma diferença de potencial: Pilha de eletrodos metálicos diferentes;• Pilha de concentração;• Pilha de temperaturas diferentes.• Pilha de eletrodos metálicos diferentes Tipo de pilha de corrosão que ocorre quando dois materiais diferentes estão em contato e mergulhados num mesmo eletrólito. É a chamada pilha galvânica. O metal que tem maior potencial de oxidação é o que funciona como anodo da pilha, ou seja, cede elétrons e, portanto, sofre corrosão. Como exemplo, pode-se ilustrar uma válvula constituída de liga de cobre e zinco (latão) conectada a uma tubulação de aço-carbono em presença de água (eletrólito). Nesta condição, a corrosão mais acentuada está próximo ao contato aço-carbono-latão, corroendo-se preferencialmente o tubo de aço, pois este funciona como anodo da pilha formada. 39 Capítulo 2 - Medição do potencial eletroquímico Corrosão acentuada Exemplo de corrosão galvânica em tubo de aço-carbono conectado à válvula de latão O aço ocupa uma posição mais próxima da extremidade anódica (corrosão) que o latão na Tabela prática de nobreza em água do mar. 40 Alta Competência Fonte: G EN TIL, 2003, P.24 1. Magnésio 2. Ligas de magnésio 3. Zinco 4. Alclad 38 5. Alumínio35 6. Alumínio 61S 7. Alumínio 63S 8. Alumínio 52 9. Cádmio 10. Aço doce 11. Aço baixo teor liga 12. Aço liga 13. Ferro fundido 14. Aço AISI 410 (ativo) 15. Aço AISI 430 (ativo) 16. Aço AISI 304 17. Aço AISI 316 (ativo) 18. Chumbo 19. Estanho 20. Niquel (ativo) 22. Metal Muniz 23. Latão Amarelo 24. Latão Almirantado 25. Latão Alumínio 26. Latão Vermelho 27. Cobre 28. Bronze 29. Cupro-Níquel 90/10 30. Cupro-Níquel 70/30 (baixo teor de ferro) 31. Cupro-Níquel 70/30 (alto teor de ferro) 32. Níquel (passivo) 33. Inconel (passivo) 34. Monel 35. Hastelloy C 36. Aço AISI 410 (passivo) 37. Aço AISI 430 (passivo) 38. Aço AISI 304 39. Aço AISI 316 (passivo) 40. Titânio 41. Prata 42. Grafite 43. Ouro 44. Platina Extremidade anódica menos nobre (corrosão) Extremidade Catódica mais nobre (proteção) M ai o r te n d ên ci a a co rr o sã o M aio r n o b resa Tabela prática de nobreza em água do mar 41 Capítulo 2 - Medição do potencial eletroquímico Em meio corrosivo aquoso o ferro tem uma maior tendência de passar para a solução sob a forma de íons, perdendo elétrons e, conseqüentemente, sofrendo corrosão (oxidação) funcionando como anodo da pilha, enquanto que o eletrodo de latão funciona como catodo. Outros exemplos particulares de pilhas de eletrodos metálicos diferentes são as chamadas pilhas ativa-passiva e de ação local. Pilha de concentração Ocorre nos casos em que os eletrodos, embora de mesma natureza, podem originar uma diferença de potencial, ocasionando processos de corrosão. Isto acontece quando se tem o eletrodo em contato com diferentes concentrações de um mesmo eletrólito ou em contato com o mesmo eletrólito, porém, em locais em que os teores dos gases dissolvidos são diferentes. No primeiro caso tem-se a chamada pilha de concentração iônica e no segundo, a pilha de ação diferencial. Pilha de temperaturas diferentes Constituída de eletrodos de um mesmo material metálico, porém os eletrodos estão em diferentes temperaturas. Também chamada de pilha termogalvânica, responsável pela corrosão termogalvânica. Costuma ocorrer em material metálico, que apresenta áreas diferentemente aquecidas, imerso em eletrólitos. ATENÇÃO A caracterização da região anódica (anodo) e da região catódica (catodo) tem um papel fundamental na proteção dos equipamentos metálicos. A ligação entre materiais metálicos diferentes deve ser precedida de consulta à tabela de potenciais de eletrodo-padrão a fim de prever a possibilidade de caracterização do anodo e do catodo da pilha possivelmente resultante antes da elaboração de um projeto. 42 Alta Competência 2.1. Potencial de eletrodo Potencial eletroquímico ou potencial de eletrodo é a espontaneidade ou a tendência de uma espécie química adquirir elétrons e, desse modo, ser reduzido. Cada espécie tem seu potencial intrínseco de redução. Para se obter potenciais de eletrodos se atribui um valor arbitrário a um deles, que se toma como referência. Os demais são medidos verificando-se a diferença de potencialque adquirem quando ligados ao eletrodo de referência. O sinal depende do sentido em que ocorre a reação do eletrodo. Por convenção, os potenciais de eletrodo se referem a semi-reação de redução. O potencial é considerado positivo quando a reação que ocorre no eletrodo (em relação ao de referência) é a redução, e negativo quando a reação é a oxidação. O eletrodo mais comum que se toma como referência para tabular os potenciais de eletrodo é o eletrodo padrão ou eletrodo normal de hidrogênio, estando este eletrodo em condições padrões, isto é: Concentração de H+ (aq) igual a 1 molar;• Temperatura igual a 25 • 0C; Pressão do H• 2 igual a 1atm. A corrosão de metais ocorre devido à sua tendência a perder elétrons quando estes reagem com outras substâncias, ou seja, corrosão é a oxidação dos metais. A maior ou menor tendência a perder elétrons chama-se potencial de eletrodo. A imersão de um metal em solução de seus próprios íons estabelece uma diferença de potencial entre a fase sólida e a líquida dada por: E = Emetal + Esolução 43 Capítulo 2 - Medição do potencial eletroquímico Onde: E = diferença de potencial do meio; Emetal = diferença de potencial do metal; Esolução = diferença de potencial da solução. ATENÇÃO O valor absoluto deste potencial não pode ser medido, a menos que se use um eletrodo de referência. 2.2. Eletrodos de referência Para medir o potencial de eletrodo de qualquer eletrodo liga-se esse eletrodo ao eletrodo normal de hidrogênio. Pode-se também acoplar o eletrodo em questão a um eletrodo cujo potencial, em relação ao de hidrogênio, seja conhecido. Além do eletrodo de hidrogênio podem ser usados outros eletrodos de referência como, por exemplo, calomelano, prata/cloreto de prata e cobre/sulfato de cobre. A seguir são apresentados alguns eletrodos de referência: a) Eletrodo padrão ou normal de hidrogênio Utiliza-se uma placa de platina ”esponjosa”, que tem a propriedade de reter o gás hidrogênio, deste modo, forma-se uma película de H2 sobre a platina, por isso, pode-se dizer que o eletrodo é realmente de hidrogênio, funcionando a platina apenas como suporte inerte. A ilustração a seguir representa um esquema de um eletrodo padrão de hidrogênio. 44 Alta Competência (1atm) Platina platinizada ou negro de platina Solução de [H+] = 1M Esquema de um eletrodo padrão de hidrogênio Este eletrodo é usado apenas em laboratório. Na prática, especialmente nas medidas de potências realizadas em proteção catódica, utilizam-se os eletrodos de Cu/CuSO4 e Ag/AgCl. b) Eletrodo de prata/cloreto de prata (Ag/AgCl) Utilizado nas medições de potenciais em instalações submersas. O potencial padrão, em relação ao hidrogênio é + 0,222V. Consiste em um fio de platina revestido de prata, que é por sua vez convertido parcialmente em cloreto de prata (AgCl) imergindo-se em solução de ácido clorídrico diluído. É representado por Ag, AgCl (s) |KCl| (aq.). Sua reação de equilíbrio é apresentada a seguir: AgCl(s) + e- ⇔ Ag + Cl c) Eletrodo de cobre/sulfato de cobre (Cu/CuSO4) Muito empregado para medir, em relação ao solo, o potencial de tubulações enterradas, utilizado para estabelecer e controlar sistemas de proteção catódica. O potencial padrão, em relação ao hidrogênio é + 0,316V. 45 Capítulo 2 - Medição do potencial eletroquímico Consiste em cobre metálico imerso em solução saturada de sulfato de cobre Cu | CuSO4 (sat.), Cu 2+. Sua reação de equilíbrio é representada a seguir: Cu+2 + 2e- ⇔ Cu Madeira porosa ou material cerâmico Solução saturada de sulfato de cobre Tubo de plástico Rolha de borracha Bastão de cobre Cristais de CuSO4 . 5H2O Capa protetora de borracha Desenho esquemático: eletrodo de Cu/SO4 d) Eletrodo de calomelano Consiste em mercúrio em contato com cloreto mercuroso, Hg2Cl2, e uma solução de cloreto de potássio, KCl. Esse eletrodo é representado por Hg, Hg2Cl2 | KCl (aq.) e apresenta a seguinte reação de equilíbrio: Hg2Cl2(s) + 2e - ⇔ 2Hg + 2 Cl O potencial padrão deste eletrodo, em relação ao eletrodo normal de hidrogênio é + 0,280V e, quando um determinado eletrodo tem a diferença de potencial de + 0,482V em relação ao calomelano, conclui-se que o valor do potencial do eletrodo em relação ao de hidrogênio é + 0,762V. 46 Alta Competência Potenciais dos eletrodos de referência, com base no eletrodo normal de hidrogênio Reação do eletrodo Potencial E°H(V) Hg, Hg2Cl2(s)/KCl(0,1M) + 0,3337 Hg, Hg2Cl2(s)/KCl(1M) + 0,2800 Hg, Hg2Cl2(s)/KCl(SAT.) + 0,2415 Ag,AgCl(s)/KCl(0,1M) + 0,2881 Ag,AgCl(s)/KCl(1M) + 0,2224 Cu/CuSO4(sat.),Cu+2 + 0,3180 Potenciais de eletrodo padrão Reação do eletrodo Potenciais de redução E0 (V) Au+ + e- = Au + 1,68 Pt+2 + 2e- = Pt + 1,20 Hg+2 + 2e- = Hg + 0,85 Ag+ + e- = Ag + 0,80 Cu+2 + 2e- = Cu + 0,34 2H+ + 2e- = H2 0,00 Pb+2 + 2e- = Pb - 0,13 Sn+2 + 2e- = Sn - 0,14 Ni+2 + 2e- = Ni - 0,25 Cd+2 + 2e- = Cd - 0,40 Fe+2 + 2e- = Fe - 0,44 Zn+2 + 2e- = Zn - 0,76 Mg+2 + 2e- = Mg - 2,34 47 Capítulo 2 - Medição do potencial eletroquímico Para fins práticos, usam-se os seguintes valores no estado padrão: T=298K (25oC é a temperatura mais usada para medidas eletroquímicas); R=8314 J.K-1.mol-1 ( Constante dos gases perfeitos); [substância. pura sólida]= 1 (Convencionalmente, para um metal puro, no estado sólido, a atividade é unitária). 2.3. Potenciais de eletrodo irreversíveis (potencial de corrosão) Na prática, não existe um estado padrão, mas sim um metal em contato com solução contendo íons metálicos diferentes dos seus. Para o caso do ferro em solução de cloreto de sódio (NaCl), pode- se admitir inicialmente a oxidação do ferro conforme mostrado na reação a seguir: (Fe ⇒ Fe+2 + 2e-) (1) Que não chega a formar um eletrodo reversível (equilíbrio), onde cessaria o processo de oxidação do metal. O ferro vai se oxidando, ou corroendo, porque ocorre também, a reação de redução: (H2O + ½ O2 + 2e - → 2OH-) (2) O íon hidroxila (OH-) gerado na reação (2) vai reagir com Fe+2 (1), formando os produtos insolúveis Fe(OH)2 (3) ou Fe(OH)3 (4) não deixando, portanto, que haja Fe+2, em solução, para atingir o equilíbrio. Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2 (3) 2Fe(OH)2 + ½ O2 + H2O → 2Fe(OH)3 (4) 48 Alta Competência Torna-se então necessário conhecer os potenciais medidos nessas condições. Esses potenciais são chamados de potenciais de eletrodos irreversíveis (potencial de corrosão), ou seja, potenciais dos sistemas para os quais as condições conhecidas não permitem definir a natureza do fenômeno reversível. O potencial real do ferro nesta solução deve ser medido experimentalmente e é chamado de potencial de corrosão. 49 Capítulo 2 - Medição do potencial eletroquímico 1) As reações que ocorrem nos processos de corrosão eletroquímica são reações de oxidação e redução. Explique cada uma e apresente respectivamente as reações anódicas e catódicas. _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 2) Dentre os itens abaixo, marque somente as sentenças que estão corretas: ( ) Potencial eletroquímico ou potencial de eletrodo é a espontaneidade ou a tendência de uma espécie química adquirir elétrons e, desse modo, ser reduzido. Cada espécie tem seu potencial intrínseco de redução. ( ) A corrosão de metais ocorre devido à sua tendência a perder elétrons quando estes reagem com outras substâncias, ou seja, corrosão é a oxidação dos metais. ( ) Eletrodo de referência é a forma de se medir o potencial de um eletrodo através de sua ligação a um segundo eletrodo tomado como referência. ( ) O potencial é considerado positivo quando a reação que ocorre no eletrodo (em relação ao de referência) é a oxida- ção e negativo quando é a redução. 3) Explique como se forma uma pilha, e qual o
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