Aula_14 - Proteção Catodica

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Proteção 
Catódica em 
Tubulações 
Industriais 
Prof. João Paulo Barbosa, M.Sc. 
Definição 
Proteção Catódica (PC) é um método de 
proteção contra a corrosão de estruturas 
enterradas ou submersas baseado no princípio 
básico de formação das pilhas (corrosão 
eletroquímica). 
Aplicação: 
Oleodutos, gasodutos, minerodutos, adutoras, 
píeres de atracação, tanques, cabos telefônicos, 
redes de incêndio, armaduras de aço do 
concreto, etc. 
Corrosão Eletroquímica (Revisão)‏ 
 
 
 
Material 
 
+ 
 
Meio contendo eletrólito (substâncias químicas e água) 
 
= 
 
Pilha (corrente elétrica / deterioração); 
Causas da Corrosão Eletroquímica (Revisão)‏ 
 
-Contatos elétricos de 2 materiais diferentes; 
-Heterogeneidades do Material; 
-Heterogeneidades do Meio; 
-Eletrólise causada por correntes de fuga; 
-Combinação de alguns ou todos esses fatores; 
 
 
Para entender as causas: exemplo de duto de aço 
enterrado; 
 
* Os solos, por mais secos que pareçam, sempre contêm 
água (condutividade); 
Contatos elétricos de 2 materiais diferentes 
 
Qualquer metal enterrado possui uma diferença de potencial 
(ddp) com relação ao solo; 
 
Essa ddp (ddp natural) pode ser facilmente medida com 
auxílio de um voltímetro e um eletrodo de referência 
(geralmente cobre / sulfato de cobre); 
Se os 2 materiais forem colocados em contato, a ddp 
fará com que circule uma corrente entre eles e o solo. 
Estará caracterizado o par galvânico, a pilha 
eletroquímica. 
Ex: Tubo de aço ligado a uma haste de magnésio no 
solo; 
 
Na pilha por contato de materiais diferentes, um material 
funciona como anodo, corroendo e o outro como catodo 
mantendo-se preservado. 
Anodo é o que perde elétrons, logo ele se oxida. 
Catodo é o que ganha elétrons, logo ele se reduz. 
A corrente convencional flui pelo solo do material de potencial 
mais negativo (anodo) para o de potencial menos negativo 
(catodo). Os elétrons fluem no sentido oposto. 
 
Esse princípio de corrosão eletroquímica é usado há 
anos na construção de pilhas para equipamentos 
eletrônicos (lanternas, etc.). 
 
Exemplos: 
Exemplos: 
Heterogeneidades do Material 
 
Zonas com diferentes potenciais podem surgir num 
mesmo material devido a heterogeneidades do mesmo 
como variações na composição química, presença de 
inclusões não metálicas, tensões internas, etc. 
Pilhas microscópicas (de ação local ) ou macroscópicas 
poderão se formar na presença do eletrólito resultando 
na corrosão do material (ataque generalizado, mas não 
uniforme...aspecto alveolar geralmente). 
Exemplos: 
Heterogeneidades do meio (solo)‏ 
 
Diversas são as heterogeneidades do solo que causam 
variações de potencial no material e a formação de pilhas 
de corrosão no mesmo. 
Citam-se: 
Variações na resistividade elétrica, grau de aeração, 
composição química, grau de umidade, etc. 
Resistividade baixa = condutividade alta = corrosão alta 
Corrosão eletrolítica (Correntes de Fuga)‏ 
Corrosão severa onde a corrente deixa o duto para retornar ao 
circuito original (geralmente em falhas nos revestimentos). 
V = RI 
ESTAÇÃO‏“A” 
- km 0 - 
ESTAÇÃO‏“B‏” 
- km 50 - 
REGIÃO2“‏” 
- 0,55 V 
“OCORRE‏CORROSÃO” 
 
REGIÃO ANÓDICA 
REGIÃO1“‏” 
- 0,52 V 
“NÃO‏OCORRE‏A‏ 
CORROSÃO” 
 
REGIÃO CATÓDICA 
DUTO NU ENTERRADO 
E SEM PROTEÇÃO CATÓDICA 
1 
1 
 Proteção Catódica 
Princípio 
A Proteção Catódica consiste em eliminar, por meio de 
processo artificial, as áreas anódicas da superfície de uma 
estrutura, fazendo com que toda ela adquira 
comportamento catódico no meio corrosivo em que se 
encontra. 
Isso pode ser conseguido através do fornecimento à 
estrutura de um fluxo de corrente de proteção proveniente 
de uma fonte externa, com intensidade tal que seja capaz 
de anular as correntes de corrosão das diversas pilhas 
existentes na superfície metálica. Quando a estrutura ficar 
totalmente polarizada, a corrosão cessará. 
Na verdade a corrosão não é eliminada, mas sim transferida 
para outro material, de baixo custo, que irá funcionar como 
anodo para preservar a instalação a proteger. 
 
Existem dois métodos de proteção catódica: 
-Por anodos galvânicos (anodos de sacrifício); 
-Por corrente impressa; 
 Em ambos deverá haver suprimento de corrente contínua 
suficiente para cessar as pilhas existentes na superfície da 
estrutura, dependendo a escolha de um ou outro método de 
diversos fatores técnicos e econômicos a serem vistos 
posteriormente. 
Prática 
 
A grande virtude da PC é permitir o controle seguro da 
corrosão de estruturas que, por estarem enterradas ou 
submersas, não podem ser inspecionadas e revestidas 
periodicamente com facilidade. 
 
A PC pode ser aplicada isoladamente ou em conjunto com 
outros métodos de proteção (revestimentos, pintura, etc.) para 
complementar sua eficiência. 
 
Revestimentos nunca são perfeitos (porosidade dos materiais 
usados, degradação com o tempo, falhas operacionais, etc.). 
A PC em conjunto com os mesmos garante a proteção 
completa da estrutura. 
Proteção Catódica Galvânica 
(Anodos de Sacrifício)‏ 
 
Neste processo o fluxo externo de corrente elétrica 
origina-se da ddp gerada pela ligação do metal que 
se deseja proteger com outro menos nobre, que 
funcionará como anodo para garantir a proteção do 
primeiro. Por tal motivo, o material usado para 
proteção é chamado “anodo de sacrifício” devendo 
ser mais negativo na tabela prática que o material 
que se deseja proteger. 
Os materiais mais utilizados na prática como anodos de 
sacrifício para proteção de estruturas de aço são: 
-Ligas de Magnésio; 
-Ligas de Zinco; 
-Ligas de Alumínio; 
A composição química da liga é de fundamental importância 
para o bom desempenho do anodo. 
Procura-se adicionar elementos de liga para obtenção das 
propriedades desejadas: 
Exemplo: 
-Adição de manganês nas ligas de magnésio para garantir 
potencial suficientemente negativo; 
-Controle do teor de ferro (Fe < 0,001%) em anodos de zinco 
para evitar auto corrosão dos anodos e formação de 
camadas que empeçam o fluxo deda corrente; 
-Adição de índio e mercúrio nos anodos de alumínio para 
torná-los mais ativos (para que sejam corroídos 
uniformemente sem a formação de camada passiva); 
A composição química da liga é de fundamental importância para o 
bom desempenho do anodo. 
Procura-se adicionar elementos de liga para obtenção das 
propriedades desejadas. 
Ilustração da Proteção Catódica galvânica: 
O enchimento condutor (mistura de gesso, bentonita e 
sulfato de sódio) usado em anodos de Mg e Zn para 
Proteção Catódica de estruturas enterradas tem as 
seguintes finalidades: 
- Melhorar a eficiência de corrente do anodo, fazendo 
com que seu desgaste seja uniforme; 
- Evitar a formação de películas isolantes (fosfatos e 
carbonatos); 
- Absorver umidade do solo; 
- Diminuir a resistência de aterramento, facilitando a 
passagem de corrente do anodo para o solo; 
 
Mais informações sobre os anodos... 
-As características mais importantes de um anodo galvânico 
são seu potencial em circuito aberto (potencial anodo / meio 
medido com eletrodo de ref), sua capacidade de corrente 
(A.hora.Kg) e sua eficiência (%). 
- A capacidade de corrente dos anodos depende das suas 
dimensões, composição química, espaçamento, 
profundidade, etc. 
- Os anodos de sacrifício podem ser instalados isoladamente 
ou em grupos. 
- Um dos principais pontos a ser considerado no 
dimensionamento de um sistema de PC por anodos de 
sacrifício é o cálculo da vida útil dos anodos ($ x benef). 
Emprego da PC com Anodos de Sacrifício 
Os anodos galvânicos são geralmente escolhidos 
quando se precisa de pouca quantidade de corrente 
(em geral até 5A) para proteger a estrutura 
(revestimento de boa qualidade ou estruturas com 
pequenas dimensões), e quando o eletrólito possui 
muito baixa resistividade elétrica (até 3.000  .cm). 
 
Razão: limitação da corrente devido às baixas ddps 
geradas entre osanodos e as estruturas a se 
proteger; 
Vantagens x Desvantagens 
Vantagens 
-Não requer suprimento de corrente alternada no local; 
-Os custos de manutenção, após instalado o sistema, são mínimos; 
-Raramente aparecerão problemas de interferência com outras instalações 
metálicas enterradas; 
-Os custos de instalação são baixos; 
Desvantagens 
-A quantidade de corrente fornecida à estrutura é limitada pela baixa ddp 
existente entre os anodos e a estrutura; 
-Não fornece proteção se a resistividade do meio não for baixa; 
-Se o revestimento do duto não for muito bom, ou se o mesmo tiver grande 
diâmetro e comprimento, a proteção por anodos de sacrifício ficará muito cara 
devido ao grande nº de anodos necessários; 
-Em caso de interferência por corrente de fuga, dificilmente o sistema será 
eficiente; 
Proteção Catódica por Corrente Impressa 
Nesse processo, o fluxo externo de corrente 
fornecida origina-se da força eletromotriz (fem) de 
uma fonte geradora de corrente contínua, sendo 
largamente utilizados na prática os retificadores de 
corrente (geram corrente contínua a partir de 
corrente alternada). 
Para dispersão dessa corrente no eletrólito são 
utilizados anodos especiais, inertes, com 
características e aplicações que dependem do 
eletrólito onde são utilizados. 
Os anodos são geralmente revestidos com enchimento 
condutor de coque metalúrgico moído para: 
- Obtenção de menor resistência de saída de corrente 
do anodo para o meio; 
- Diminuição no consumo do anodo (devido ao 
descarregamento da corrente ser feito em grande parte 
pelo coque); 
Aplicação da PC por Corrente Impressa 
 
O método de PC por corrente impressa pode ser 
aplicado a eletrólitos de baixa (3.000 a 10.000  .cm), 
média (10.000 a 50.000  .cm), alta (50.000 a 100.000 
 .cm) e altíssima (> 100.000  .cm) resistividade 
elétrica. 
Podem fornecer grandes correntes de proteção. 
Vantagens x Desvantagens 
Vantagens 
-Possibilidade de fornecer grandes quantidades de corrente; 
-Possibilidade de controlar as quantidades de corrente fornecidas; 
-Aplicação em qualquer eletrólito, até mesmo aqueles de elevada resistividade 
elétrica; 
-Possibilidade de aplicação, com eficácia, na proteção de estruturas nuas ou 
pobremente revestidas; 
-Possibilidade de ser aplicado, com economia, na proteção de instalações de 
grande porte; 
Desvantagens 
-Necessidade de Manutenção periódica; 
-Dispêndio de energia elétrica; 
-Possibilidade de interferência em outras estruturas; 
Corrente Necessária para a Proteção 
A corrente necessária para a proteção depende de vários 
fatores: 
-Área a proteger e condições do revestimento; 
-Resistividade elétrica do meio; 
-Dificuldade de Polarização da estrutura; 
-Forma Geométrica da estrutura; 
Devido à grande variação dos parâmetros acima, a única 
maneira de se avaliar com precisão a corrente necessária 
para a proteção, é por meio de testes em campo. 
Cálculos teóricos preliminares podem ser feitos para 
facilitar a execução desses testes. 
Levantamentos de Campo para 
Dimensionamento de Sistemas de Proteção 
Catódica 
 
Qualquer que seja a estrutura metálica a ser protegida, o 
projeto de proteção catódica só poderá ser elaborado com 
sucesso se forem feitas medições e testes de campo 
convenientes. 
A experiência do engenheiro de PC é fundamental para a 
realização desse trabalho e análise dos resultados dele 
provenientes. 
Dados Necessários da Estrutura a ser Protegida 
 
-Material da Estrutura; 
-Especificações e propriedades do revestimento protetor, se 
existir; 
-Características de construção, dimensionais e geométricas; 
- Mapas e plantas de localização, desenhos e detalhes de 
construção; 
- Localização e Características de outras estruturas metálicas 
enterradas ou submersas existentes nas proximidades; 
- Existência ou não de sistemas de PC instalados nessas 
estruturas; 
-Levantamento cuidadoso das condições de operação 
das linhas de transmissão em alta tensão que sigam 
paralelas ou cruzem a estrutura a ser protegida (podem 
causar problemas de corrente de fuga); 
- Levantamento de todas as fontes de corrente contínua 
existentes nas proximidades que possam causar 
corrosão eletrolítica; 
- Levantamento de todas as linhas de corrente alternada 
em baixa e média tensão nas proximidades da estrutura 
a ser protegida (para planejamento dos retificadores de 
corrente a serem usados na alimentação de corrente); 
* Em lugares remotos, onde não há disponibilidade de corrente 
elétrica, podem ser usados geradores termoelétricos, movidos a 
vento ou células solares; 
Medições e Testes de Campo 
 
De posse dos dados sobre a estrutura descritos no item 
anterior, deve-se partir para os levantamentos de campo a 
seguir. 
Medições das resistividades elétricas 
-P/ avaliação das condições de corrosão a que estará sujeita 
a estrutura metálica; 
-Definição do método de PC (galvânico ou corrente 
impressa); 
-Escolha dos melhores locais para instalação dos anodos; 
-Estudo de problemas de interferência elétrica e correntes de 
fuga; 
Medições dos potenciais estrutura / eletrólito 
 
Feitas com auxílio de voltímetros apropriados (alta 
resistência interna) e eletrodos de referência como 
Cu/CuSO4 e Ag/AgCl, têm a seguinte finalidade: 
-Avaliar as condições de corrosividade a que está sujeita a 
estrutura; 
- Detectar e estudar problemas de corrosão eletrolítica (além 
do voltímetro convencional, nesses casos são usado 
voltímetros registradores para medições prolongadas); 
-Verificar se a estrutura ficou protegida após instalação do 
sistema de PC; 
Escolha dos Locais para Instalação dos Anodos 
 
Tarefa realizada tendo em vista diversos fatores: 
-Locais com baixa resistividade elétrica; 
-Distribuição de Corrente ao longo da estrutura; 
-Locais de fácil acesso para montagem e inspeção; 
-Locais onde haja energia elétrica em corrente 
alternada para o caso de instalação de retificadores; 
 
Testes para determinação da corrente necessária 
 
Feitos com a injeção de corrente na estrutura com auxílio de 
fonte de corrente contínua (bateria, máquina de solda, 
retificador) e uma cama de anodos provisória (sucata de aço). 
Aplica-se corrente (mede-se a mesma) e verifica-se o 
potencial da estrutura em pontos distantes 50 m do ponto de 
aplicação da corrente até que se atinja um valor nobre (o 
critério será falado adiante). 
O valor da corrente injetada dividido pela área da tubulação 
entre esses dois pontos será a densidade de corrente usada 
na proteção (para o duto todo). 
Método similar é usado para tanques, estacas, etc. 
Outros testes, Medições e Observações 
 
-Medições do pH do eletrólito; 
-Pesquisa de corrosão por bactérias; 
-Coleta de amostras do produto de corrosão para 
análise em laboratório; 
Custo da Proteção Catódica 
 
-Custo do levantamento dos dados de campo; 
-Custo do Projeto; 
-Custo dos Materiais; 
-Custo da Instalação; 
-Custo da Manutenção; 
 
Experiência IEC: 1% (obras grandes) a 5% (pequenas 
obras) do valor total da obra; 
Dimensionamento de Sistemas de Proteção Catódica 
Roteiros Simplificado: 
- Cálculo da Corrente Elétrica de Proteção (quando 
não é possível obtê-la em campo)‏ 
 I = A. Dc . F (1 – E) (*)‏ 
I – Corrente Elétrica em mA; 
A – Área a ser protegida; 
Dc – Densidade de corrente elétrica, em mA/m2; 
F – Fator de correção de velocidade; 
E – Eficiência do revestimento; 
- Área(A): considerar apenas partes em contato com o 
eletrólito; 
- Densidade de Corrente (Dc): considerar superfície a proteger 
completamente nua; Dc depende da resistividade do eletrólito 
(ρ), daí a importância de se medir essa variável corretamente 
em campo; 
Dc =73,73 – 13,35 log  
- Fator de correção da velocidade (F): só para casos onde há 
movimento relativo entre a estrutura e o eletrólito; 
 
 
- Eficiência do revestimento (E): Depende muito da 
experiência do projetista;Um vez calculada (ou medida) a corrente 
necessária para proteção, define-se o método 
a ser empregado: 
 
Galvânico: I  5 A 
Corrente Impressa: I > 5 A 
Proteção Catódica por Anodos Galvânicos 
-Cálculo da Resistência 
O sistema galvânico funciona segundo a lei de Ohm 
 
I = V / Rt 
 
I = corrente elétrica de proteção, em ampères; 
V = ddp entre o anodo e a estrutura a proteger em 
volts; 
Rt = resistência total do circuito de corrosão; 
O valor de I deve ser maior ou igual à corrente requerida para 
proteção (*); 
 
V significa a diferença entre o potencial natural do anodo 
(circuito aberto) e o potencial de proteção do material metálico 
na estrutura (-0,8V para aço em relação a Ag/AgCl ou -0,85V 
para Cu/CuSO4); 
 Rt = Rca + Rc + Ra 
 
Rca – resistência do cabo elétrico de ligação (função 
do comprimento e bitola do cabo, geralmente 
tabelado pelos fabricantes); 
 
Rc – resistência de contato entre a estrutura (catodo) 
e o eletrólito;. Para eletrólitos de baixa resistividade 
esse valor pode ser desprezado nos cálculos; 
 
Ra – resistência de contato entre o anodo ou anodos 
e o eletrólito. Depende do formato do anodo e da 
resistividade do eletrólito; 
Para anodo cilíndrico na posição vertical: 
Para grupo de anodos cilíndricos em paralelo na 
posição vertical: 
Para anodo cilíndrico na posição horizontal: 
-Cálculo da Vida dos anodos galvânicos 
Vida para determinada massa de 
anodo(s) ou massa requerida para 
determinada vida útil da estrutura; 
Proteção Catódica por Corrente Impressa 
Também deve obedecer a lei de Ohm 
I = V / Rt 
 
I – corrente de proteção em ampères para cada conjunto retificador / cama 
de anodos a ser instalado. O número de retificadores é definido em função 
da corrente total necessária ao longo da estrutura, da existência de locais 
com resistividade adequada e disponibilidade de corrente alternada nesses 
locais; 
V – tensão de saída, em corrente contínua, do retificador (para 
instalações terrestres, tensões de 30V a 100V e correntes de 5A a 50A; 
para instalações marítimas, 10V a 20V e 50A a 400A; 
Rt – Resistência total do circuito do conjunto retificador / leito de anodos 
(cálculo semelhante ao usado para anodos galvânicos). A resistência deve 
ser menor que a resistência nominal do retificador. 
-Vida útil dos anodos inertes 
Apesar‏do‏termo‏“inertes”,‏os‏anodos‏sofrem‏
desgaste ao longo do tempo... 
Instrumentos e Acessórios Utilizados 
-Vibroground, Geohm, Nilsson, Megger 
Para medição da resistividade elétrica do solo segundo método de 
Wenner; 
-EM’S 
Para medição da resistividade elétrica do solo por meio de técnica 
eletromagnética de medição; 
- Soil Box 
Para medição da resistividade elétrica de eletrólitos líquidos; 
-Voltímetros 
Para registro da ddp estrutura eletrólito; 
São usados voltímetros convencionais, de alta resistência, de baixa 
resistência, voltímetros potenciométricos e eletrônicos. 
-Amperímetros 
Para medir correntes elétricas (saída de retificadores, anodos, etc. 
-Medidores combinados (Multímetros)‏ 
Para facilitar o transporte, por serem compactos. Multi função 
(amperímetro, voltímetro, ohmímetro). 
-Registradores 
Para registro contínuo de dados (corrente e pontencial) 
onde há possibilidade de interferência de corrente. 
-Localizadores de tubulações 
-Detectores de falhas em revestimentos 
-Eletrodos de referência, caixas padrão, fios, cabos, etc. 
Exemplos: 
Exemplos: 
Exemplos: 
Questões 
 
1- Quais as dois meios de Proteção Catódica? 
 
Questões 
 
1- Quais as dois meios de Proteção Catódica? 
 
R.: Os meios de manter uma tubulação protegida 
catodicamente são pôr intermédio de Anodos de 
Sacrifício e Corrente Impressa. 
Questões 
 
2- Porque em tubulações revestidas também é 
“necessário”‏Proteção‏Catódica? 
Questões 
 
2- Porque em tubulações revestidas também é 
“necessário”‏Proteção‏Catódica? 
 
R.: Para complementar a proteção dos 
revestimentos, utiliza-se, então, um sistema de 
proteção catódica, cujo fluxo de corrente 
proveniente dos anodos galvânicos ou dos 
retificadores, penetra nos poros e falhas da camada 
isolante, bloqueia as correntes de corrosão e 
elimina totalmente o processo corrosivo. 
Questões 
 
3- Cite 2 vantagens do sistema de corrente impressa 
em relação ao de anodo de sacrifício. 
 
Questões 
 
3- Cite 2 vantagens do sistema de corrente impressa 
em relação ao de anodo de sacrifício. 
 
-Possibilidade de fornecer grandes quantidades de corrente; 
-Possibilidade de controlar as quantidades de corrente fornecidas; 
-Aplicação em qualquer eletrólito, até mesmo aqueles de elevada 
resistividade elétrica; 
-Possibilidade de aplicação, com eficácia, na proteção de estruturas 
nuas ou pobremente revestidas; 
-Possibilidade de ser aplicado, com economia, na proteção de 
instalações de grande porte; 
Bibliografia: 
• Manual de proteção catódica – IEC; 
•Corrosão – Vicente Gentil, LTC; 
•Engenharia e Ciência dos Materiais – Callister, LTC. 
 
Proteção 
Catódica em 
Tubulações 
Industriais 
Prof. João Paulo Barbosa, M.Sc.