Aula Corrosão Slide 12 4 2017 N I

Corrosão Fundamentos de Corrosão

Reações de oxidação e redução 

Reação oxidação

M→Mn+ + ne

(2.1)

, onde M é o metal

Reações de oxidação e redução Reações de redução: a) Redução do oxigênio em meio neutro ou alcalino n/4O2 + n/2 H2O + ne → nOHb) Redução do oxigênio em meio ácido n/4O2 + nH+ + ne →n/2 H2O c) Redução do íon H + em meio ácido não aerado nH+ + ne → n/2 H2 d) Redução do íon H + em meio neutro não aerado nH2O + ne → n/2 H2 + OHe) Redução do Cl 2 Cl2 + 2e → 2Cl

Processo de Corrosão

Figura 1- Representação esquemática do processo de corrosão eletroquímica em um meio neutro

Exemplo de célula de corrosão

Produtos de Corrosão        



 

São classificados em: a) Produtos solúveis b) Filmes não protetores Exemplo: Fe2O3.3H2O (ferrugem) Fe → Fe2+ + 2e O2 + 2 H2O + 4e → 4OH ____________________________________________________  2Fe + O2 + 2 H2O → 2Fe(OH)2 O Fe(OH)2 é geralmente oxidado para Fe(OH)3 , que é frequentemente representado por Fe 2O3.3H2O. c) Filme protetor (Filme passivo) Exemplo: Fe3O4; Al2O3; Nb2O5; NiO

Diagrama de Pourbaix

.

Potencial de Equilíbrio Reversível 

 





O potencial de equilíbrio reversível de um eletrodo (Er ) corresponde ao potencial de um eletrodo de elevada pureza, com heterogeneidades desprezíveis, imerso em uma solução isenta de agentes oxidantes. M →Mn+ + ne (Oxidação) Mn+ + ne → M (Redução)

 A densidade de corrente que circula através do eletrodo é denominada de densidade de corrente de troca (i0) onde: i0 = ia = (-ic)

Determinação do potencial de equilíbrio

Figura

Potencial de equilíbrio reversivel

Potencial de equilíbrio padrão

Potencial de equilíbrio Irreversível 



O potencial de equilíbrio irreversível ou potencial de corrosão (Ecor ) corresponde ao potencial de equilíbrio de um eletrodo, independente de ser um metal ou uma liga, em um eletrólito contendo elementos oxidantes. O potencial atinge um valor estacionário e as densidades de corrente anódica e catódica se igualam, sendo que a densidade de corrente que circula através do eletrodo recebe o nome de densidade de corrente de corrosão (i cor ).

 

icor  = ia = (-ic)

Determinação do potencial de corrosão

.

Exemplos de Potenciais de Corrosão

Principais pilhas eletroquímicas a) Pilhas de eletrodos diferentes ou pilhas galvânicas b) Pilhas de ação local Formada em um mesmo material devido a heterogeneidades como: inclusões segregações, contornos de grãos, trincas, estados de diferentes tensões. c) Pilhas Ativo/passiva d) Pilhas por concentração parcial e) Pilhas por aeração diferencial

Polarização a) Polarização Anódica  i = ia + (- |ic | ) > 0  ŋa = E - Eeq > 0  b) Polarização Catódica  i = ia + (- |ic | ) < 0  ŋc = E - Eeq< 0 

Polarização caus ada pela utilização de uma fonte de corrente

Figura 5 –Representação esquemática na qual está ocorrendo uma polarização (A) catódica e (B) anódica do eletrodo devido a um fluxo de corrente gerado por

Polarização causada pela formação de um par galvânico

Figura 6. Representação esquemática de uma célula eletroquímica causada pela presença de um substrato metálico revestido com um depósito metálico com a presença de descontinuidade (A) Substrato com uma resistência à corrosão

Corrosividade do solo Fatores que afetam a corrosividade do solo a) Resistividade elétrica até 3000 ohm.cm muito corrosivo; entre 3.000 ohm.cm e 30.000 ohm.cm corrosivo; acima de 30.000 ohm.cm moderadamente corrosivo b)pH do solo c) Grau de aeração d) presença de bactérias e) Contaminação com produtos químicos Classificação dos solos quanto à corrosividade - Solos muito corrosivo : resistividade menor que 3000 ohm.cm e pH menor  que 7 - Solos corrosivos: resistividade entre 3.000 ohm.cm e 30.000 ohm.cm e pH menor que 7 - solos pouco corrosivos: resistividade maior que 30.000 ohm.cm e pH maior que 7

Corrosão atmosférica Fatores que afetam a corrosão atmosférica: - Humidade relativa do ar  - Poluentes (dióxido de enxofre, carvão como fuligem, NaCl, sílica)

Corrosão Atmosférica

Corrosão atmosférica

Corrosão atmosférica

Corrosão atmosférica

Corrosão atmosférica

Corrosão atmosférica

Corrosão atmosférica

Corrosão atmosférica

Corrosão atmosférica

Tabela 1- Relação entre o nível de agressividade atmosférica e a densidade de ocorrência patológica

Corrosão atmosférica

Nível de agressividade Agressividade moderada

Ocorrência patológica por 1000 unidades menor que 0,18

Agressividade moderada a forte

entre 0,18 e 0,25

Forte agressividade ambiental

entre 0,25 e 0,32

Muito forte agressividade ambiental

Maior que 0,32

Corrosão Galvânica 



Ligação entre metais de diferentes potenciais de corrosãoem presença de meio corrosivo Mais intensa quanto maior a diferença de “nobreza”

Corrosão Galvânica

Corrosão Galvânica

Corrosão galvânica

Corrosão Galvânica

Corrosão sob tensão

Corrosão sob Tensão

Corrosão sob Tensão

Corrosão sob Tensão

Corrosão sob Tensão

Corrosão sob Tensão

Corrosão sob Tensão

Corrosão sob tensão

Corrosão sob tensão

Corrosão sob Tensão

Corrosão sob Tensão

Corrosão sob Tensão

Corrosão por Cavitação

Corrosão com Cavitação

Corrosão sob fadiga

Corrosão sob fadiga

Fragilização por hidrogênio

Fragilização por hidrogênio Fontes de hidrogênio a). Decapagem b) Eletrodeposição c) Processo de soldagem d) Atmosfera gasosa redutora contendo hidrogênio e) Gás sulfídrico (H 2S) Fe + H2S _____ FeS + 2H Reações causadas pela presença do hidrogênio atômico Cu2O +2 H __________ H2O + 2Cu Fe3C + 4H _________ CH4 + 3Fe Liga resistente a fagilização por hidrogênio em gas natural contendo ate 15% de H2S Fe- 0,13C – 2,2Cr – 0,35Mo – 0,35Al – 0,10V

Fradilização por hidrogenio

Corrosão por pite 

Mn+ + 2Cl-  MCl2



MCl2 + 2 H2O



HCl  H+ + Cl-



H+ + e  H



M



Mn+ + ne



M(OH)2 + 2 HCl

Corrosão por Pite



Figura 1- Representação esquemática da formação do pite

Corrosão por pite

Corrosão por Pite

Corrosão por pite



Figura 2- Corrosão por pite em um tubo de aço inoxidável

Corrosão por pite

Figura 3- Corrosão por pite mostrando a presença de vários pites em uma tubulação de aço inoxidável

Corrosão por pite



Figura 4- Seção parcial de um tubo, mostrando a presença do pite.

Corrosão por pite



Figura 5- Cálculo da taxa de corrosão

Corrosão por Concentração Diferencial 



CORROSÃO POR CONCENTRAÇÃO IÔNICA DIFERENCIAL Este tipo de corrosão ocorre toda vez que se tem variações na concentração de íons do metal no eletrólito. Como resultado ter-se-á potenciais eletroquímicos diferentes e consequentemente uma pilha onde a área em contato com menor concentração funcionará como anodo e a área em contato com maior concentração como catodo.

Corrosão por Concentração Diferencial 







CORROSÃO POR AERAÇÃO DIFERENCIAL Este tipo de corrosão ocorre toda vez que se tem variações na concentração de oxigênio no eletrólito.

Como o potencial eletroquímico de um material metálico torna-se cada vez mais catódico quanto maior for a concentração de oxigênio no meio ao seu redor, as áreas com contato com maior concentração de oxigênio serão catódicas, enquanto que aquelas com contato com menor concentração serão anódicas.  A corrosão por aeração diferencial ocorre com muita frequência na interface de saída de uma estrutura do solo ou da água para a atmosfera.

Corrosão por Concentração Diferencial 







CORROSÃO POR AERAÇÃO DIFERENCIAL Este tipo de corrosão ocorre toda vez que se tem variações na concentração de oxigênio no eletrólito.

Como o potencial eletroquímico de um material metálico torna-se cada vez mais catódico quanto maior for a concentração de oxigênio no meio ao seu redor, as áreas com contato com maior concentração de oxigênio serão catódicas, enquanto que aquelas com contato com menor concentração serão anódicas.  A corrosão por aeração diferencial ocorre com muita frequência na interface de saída de uma estrutura do solo ou da água para a atmosfera.

Corrosão por Concentração Diferencial 

CORROSÃO EM FRESTAS

 As frestas correspondem a cavidades nas quais o eletrólito é mantido estagnado.   As frestas estão sujeitas a formação de pilhas de aeração diferencial e de concentração iônica diferencial. Em metais mais ativos como o Fe predomina a aeração diferencial e nos metais menos ativos como o Cu predomina a concentração iônica diferencial. 

Corrosão por Concentração diferencial



Figura 1- Representação esquemática de exemplos de corrosão por aeração diferencial

Corrosão por Diferencial de Concentração



Figura 2- Corrosão Corrosão por fresta frestass

Corrosão por Concentração Diferencial



Figura 3- Representação esquemática de corrosão por fenda com a presença de uma pilha com aeração diferencial.

Corrosão por Concentração



Figura 4- Representação esquemática de corrosão por fenda com uma pilha de concentração iônica diferencial

Oxidação ou corrosão seca

Velocidade de Corrosão 

O cálculo da taxa de corrosão uniforme (T) em mm/ano:

 

T = Dm x 365 x 1.000



——————————



Sxtxd

      

Onde: T = Taxa de corrosão (mm/ano). Dm= Perda de massa (g). S = Área da superfície do cupom exposta (mm2). d = Densidade (g/cm3). t = tempo

Oxidação ou corrosão seca

Oxidação ou corrosão seca

Oxidação ou corrosão seva

Oxidação ou corrosão seca

Oxidação ou corrosão seca 

 A liga FSSNEW ( Fe-0,012C-14,3Cr-1,28Mo-0,48Nb-0,004S0,0089N-P˂0,03) estabilizada com Nb foi desenvolvida para ser  utilizada no sistema de exaustão de veículos. Essa liga, além de possuir uma resistência ao pite superior a da liga 409 apresenta também limite de resistência a tração em elevadas temperaturas, tensão de escoamento e resistência à oxidação em elevadas temperaturas superiores ou iguais às ligas inoxidáveis ferriticas normalmente usadas no sistema de exaustão. Outras ligas inoxidáveis ferriticas contendo Mo tem sido também utilizadas no sistema de exaustão tais como a liga 444 utilizada no tubo dianteiro, conversor catalítico e tubo central, e a liga 436 utilizada no silencioso. Essas ligas além de apresentarem teores relativamente baixo de Cr e Mo (a somatória dos teores de Cr e Mo é inferior a 20%p.) são estabilizadas com Ti ou Nb o que colabora para inibir a precipitação da fase sigma.

Taxa de Corrosão por pite

   

O cálculo da taxa Corrosão por pite (tp) sendo: tp =px365 —————

t

  

p= profundidade do pite mais profundo t= tempo de exposição

Oxidação ou corrosão seca

Classificação da Corrosão

Curva de Polarização Potenciodinamica

Resistencia a corrosão de alguns materiais

Resistencia a corrosão de alguns materiais

Resistencia a corrosão de alguns materiais Material

Resistencia a corrosão

Principais utilizações

Limitações

Cobre e ligas

Boa na maioria dos meios

Tubos de trocador de calor e tubulações para agua salgada

Meios corrosivos contendo amônia e atmosfera contendo H2S

Aluminio e Ligas

Boa resistência a corrosão em atmosferas não cloretada

Telhas metálicas, esquadrias e anodos galvanicos

Meios básicos e meios que podem romper a passividade do Al

Zinco e ligas

Boa resistência em atmosfera rural

Revestimentos em geral e anodos galvanicos

 Atmosfera agressiva e meios básicos

Niquel e ligas

Muito boa na maioria dos meios

Em elevadas temperaturas e instalações no fundo do mar 

 Atmosferas e meios sulfurosos

Titanio e ligas

Imune a corrosão na maioria dos meios

Tubos de trocador de calor , implantes e anodos anodos

Meios desaerados

 Aços patináveis

Modificações de projeto

Modificações de projeto

Modificações de projeto

Proteção catódica galvânica ou por anodo de sacrifício



Figura 1 - Desenho esquemático de um sistema de proteção catódica por anodo de sacrificio

Proteção catódica galvânica ou por anodo de sacrifício



Figura 2 - Anodos galvânicos (GENTIL 2007)

Proteção catódica por corrente impressa



Figura 3 - Desenho esquemático de um sistema de proteção catódica por corrente impressa (GENTIL 2007)

Proteção catódica por corrente impressa



Figura 4- Retificador de corrente elétrica para instalações enterradas (GENTIL 2007)

Comparação entre as técnicas de proteção catódica

Projeto da proteção catódica de embarcação 1-LEVANTAMENTO DE DADOS DA EMBARCAÇÃO 1.1- Área da superfície molhada- S (m²) 1.2- Fator de velocidade – F

Figura 5 – Gráfico do fator de velocidade em função da velocidade relativa estrutura/meio (m/s)

Tabela 5 - Eficiências inicial e final de diversos tipos de revestimentos(GENTIL 2007)

Projeto da proteção catódica de embarcação  2-LEVANTAMENTO DE DADOS DO MEIO 2.1- Densidade de corrente de proteção 



Figura 6 - Variação da densidade de corrente de proteção do aço, em função da resistividade do meio (DUTRA e NUNES 2006)

Projeto da proteção catódica de embarcação 



3- Levantamento de potencial

Figura 7 - Zonas de corrosão, de proteção e de super-proteção do casco na água do mar(IEC 1990)

Projeto da proteção catódica de embarcação 

4- CÁLCULO DA CORRENTE DE PROTEÇÃO CATÓDICA REQUERIDA

       

Ir = S.d.F (1-E) Onde: Ir = Intensidade da corrente requerida, em A S = área total da superfície a proteger, em m² d = densidade de corrente de proteção, expressa em A/m² F = fator de velocidade, adimensional E = eficiência do revestimento, quando houver, expresso sob a forma de fração decimal

Projeto da proteção catódica de embarcação  

5-DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA GALVÂNICO 5.1-Seleção do anodo

Projeto da proteção catódica de embarcação 

Tabela 8 - Aplicações típicas dos anodos galvânicos (GENTIL 2007)

Projeto da proteção catódica de embarcação 

     

5.2- Cálculo da massa de anodo requerida

Onde: M = massa de anodo requerida, em kg V = vida útil desejada, em ano I = corrente requerida, em ampère C = capacidade de corrente do material do anodo, em A.h/kg F1 = fator de utilização (adimensional)

Projeto da proteção catódica de embarcação 

   

5.3- Cálculo da quantidade de anodos

Onde: N = número de anodos M = massa total requerida, em kg ma = massa unitária do tipo de anodo selecionado, em kg



5.4- Cálculo da corrente de proteção efetiva (Ief)



Ief = N. Ia

 

Onde: N é o número de eletrodos Ia é o valor da corrente eletrica produzido por cada anodo

Projeto da proteção catódica de embarcação   

6.- DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA POR CORRENTE IMPRESSA 6.1- Seleção do anodo inerte Tabela 9 - Características dos anodos inertes (IEC 1990)

Projeto da proteção catódica de embarcação 

     

6.2- Cálculo da massa dos eletrodos anódicos

Onde: M = massa de anodo, em kg d = taxa de desgaste do material do anodo, em kg/A.ano t = tempo de vida útil desejado para o arranjo de anodos, em ano Ir= corrente requerida pelo sistema,em A f = fator de utilização que, de acordo com a experiência do projetista, pode variar de 0,5 a 0,85

Projeto da proteção catódica de embarcação 

6.3- Cálculo do número de anodos

6.4- Instalação do anodo



Figura 8 - Revestimento isolante aplicado a um anodo inerte

c) Os cabos para interligação dos anodos e ligação da estrutura devem ser de cobre

Projeto da proteção catódica de embarcação 

6.5- Seleção do equipamento de impressão de corrente e eletrodos de referência

    

a) Retificadores b) Eletrodos de referência geralmente de Ag/AgCl (para água do mar) c) Os cabos para interligação dos anodos e ligação da estrutura devem ser de cobre

Projeto da proteção catódica de embarcação 

7- Exemplo de um projeto de proteção catódica 7.1- Introdução



Figura 9 - Rebocador Navemar XIII



Projeto da proteção catódica de embarcação  

7.2- CÁLCULO DA CORRENTE DE PROTEÇÃO CATÓDICA - Resistividade considerada de 40 Ω.cm. A partir do gráfico da figura 6

.





podemos obter o valor de densidade de corrente igual a 51 mA/m² -O revestimento normalmente utilizado em rebocadores é composto de zarcão em base epóxi líquida. Foi adotado o valor de eficiência mínimo para este tipo de revestimento igual a 50% - a velocidade máxima do rebocador que é de 10 nós o que equivale 5 m/s.  A partir do gráfico da figura 5 encontramos o fator de velocidade igual a 1,24. A área da superfície molhada da embarcação foi calculada pelo projetista como sendo igual a 400 m².

Projeto da proteção catódica de embarcação 

Tabela 10 - Variáveis usadas no cálculo da corrente de proteção requerida



Ir = 400 . 51. 10-3. 1,24. (1-0,5) = 12,65 A

Projeto da proteção catódica de embarcação   



7.3- DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA GALVÂNICO 7.3.1- Seleção do anodo Tabela 11 - Especificações dos anodos galvânicos

Para cada R$ 1,00 gasto na aquisição do anodo de Zn, obtemos 38,9 A.h de capacidade de corrente. Já no caso do anodo de alumínio obtemos 110,4 A.h, por cada R$ 1,00 gasto na aquisição do anodo.

Projeto da proteção catódica de embarcação



Figura 10 - Anodo de alumínio 15-AL

Projeto da proteção catódica de embarcação  

  

7.3.2- Cálculo da massa requerida requerida e quantidade quantidade de anodos Tabela 12- Variáveis usadas no cálculo da massa de anodos requerida requerida

M = 113,36Kg Considerando um acréscimo de 10%, a massa requerida corresponde a M=12 4,7 Kg.

Projeto da proteção catódica de embarcação 



 A massa comercial do anodo de alumínio escolhido (ma = 2,9 kg) foi tomada como base para calcular a quantidade de anodos (N ), ), a serem utilizados através da equação: N= 12 4,7/2,9 = 43 anodos

 

20% desta quantidade de anodos, o que equivale a 8 anodos, devem ser instalados no sistema de propulsão azimutal, local onde cumprem a função de proteção do bocal do propulsor e da zona exposta ao maior potencial de corrosão associado ao material mais nobre do hélice.

Projeto da proteção catódica de embarcação 

 

 



7.3.3- Cálculo Cálculo da corrente corrente de proteção proteção efetiva O valor da corrente de proteção efetiva pode ser calculado pela equação : Ief = N. Ia = 17,63 A 7.3.4 - Cálculo do custo de aquisição dos anodos galvânicos galvânicos O preço médio do anodo 15-AL é de R$ 60,00. Considerando a quantidade N de anodos calculada, temos que o custo por cada aquisição de um arranjo de anodos galvânicos capaz de proteger a embarcação por 3 anos, é dado pela equação: Custo dos anodos galvânicos = N. preço médio de cada anodo = R$2.550,00

Projeto da proteção catódica de embarcação 

7.4 - DIMENSIONAME DIMENSIONAMENTO NTO DO SISTEMA DE CORREN CORRENTE TE IMPRESSA

  

7.4.1- Seleção Seleção dos anodos anodos inertes inertes Tabela 1313- Especificaçõ Especificações es dos anodos anodos inertes

Projeto da proteção catódica de embarcação 

Tabela 13- Especificações dos anodos inertes

Projeto da proteção catódica de embarcação



Figura 11 - Anodos inertes de Fe-Si-Cr (acima) e Ti-MMO – fabricante  Anotec

Projeto da proteção catódica de embarcação 



  

7.4.2- Massa requerida dos anodos Tabela 14 - Variáveis usadas no cálculo da massa de anodos inertes requerida

- A massa requerida de anodos de Fe-Si-Cr é igual a : MFe-Si-Cr = 0,31.15.12,65 / 0,5 = 117,64 Kg - A massa de anodos de Ti-MMO não pôde ser calculada pois o fabricante não forneceu o valor da taxa de desgaste do anodo.

Projeto da proteção catódica de embarcação   

7.4.2- Cálculo da quantidade de anodos  A quantidade de anodos de Fe-Si-Cr é dada pela equação: N Fe-Si-Cr = 117,64/12 = 9,8 aproxima para 10 anodos

 

 A vida útil dos anodos de Fe-Si-Cr é estipulada pelo fabricante como sendo de 15 anos, independente da taxa de desgaste e das condições de operação

Projeto da proteção catódica de embarcação 





- A quantidade de anodos de Ti-MMO precisou ser calculada de forma diferente pois o fabricante não forneceu o valor da taxa de desgaste. Foi considerado para o cálculo da quantidade de anodos, o valor de corrente liberada por cada anodo conforme equação : NTi-MMO = Ir / Ia = 12,64/4 = 3,16 aproxima para 4 anodos - A vida útil garantida pelo fabricante do anodo de Ti-MMO é de 20 anos independente das condições de operação, desde que a densidade de corrente não ultrapasse os 580 A/m². Como este valor está muito acima dos 51 mA/m² calculado, podemos utilizar o anodo com relativa tranqüilidade quanto a um possível desgaste prematuro.

Projeto da proteção catódica de embarcação  

 



7.4.3- Cálculo da corrente de proteção efetiva O valor da corrente de proteção efetiva para o arranjo de anodos de Fe-SiCr pode ser calculado pela equação :

Ief Fe-Si-Cr = 10 . 1,5 = 15 A  Analogamente, a corrente de proteção do arranjo de anodos de Ti-MMO é igual a:

Ief Ti-MMO = 4.4 = 16 A

Projeto da proteção catódica de embarcação  

    

7.4.4- Cálculo do custo de aquisição dos anodos inertes Considerando o preço médio e quantidade de anodos necessária, o custo com os anodos de Fe-Si-Cr é dado pela equação : Custo dos anodos de Fe-Si-Cr = 10.(preço médio de cada eletrodo) Custo dos anodos de Fe-Si-Cr = 10.330,00 = R$3.300,00 o custo com os anodos de Ti-MMo é dado pela equação : Custo dos anodos de Ti-MMo= 4.(preço médio de cada eletrodo) Custo dos anodos de Fe-Si-Cr = 4.480,00 = R$ 1.920,00

Projeto da proteção catódica de embarcação  

7.4.5- COMPARAÇÃO DOS SISTEMAS DIMENSIONADOS Tabela 15 - Tabela comparativa dos custos com sistemas de proteção galvânica e de corrente impressa aplicados ao Navemar XIII

Projeto da proteção catódica de embarcação



Figura 7 - Gráfico de custos com os sistemas de proteção catódica galvãnica e por anodo de sacrifício aplicados ao Navemar XIII

Proteção catódica Tabela 16- Comparação entre os sistemas de proteção catodica utilizados no casco de um navio

Proteção catodica



Figura 10- Exemplo de anodo de sacrificio no casco de um navio

Proteção Catódica



Figura 11- Anodos de sacrifico para parafusar

Proteção Catódica



Figura 12- anodos de sacrifico para parafusar 

Proteção Catódica



Figura 13- Anodos de sacrifício instalados no leme e propulsão

Proteção Catódica

Figura 14 – Anodos de sacrifício instalados em plataforma de petróleo

Proteção catodica

Figura 11- Ilustração de um casco com proteção catodica por corrente impressa

Proteção catódica por par galvânico em tubulação enterrada

 Anodos utilizados: zinco (ate 1000 ohm.cm) e Mg Enchimento : gesso hidratado; betonita e sulfato de sódio

Proteção catódica de tubulação por corrente impressa

Proteção catódica de tubulação por par galvânico Calculo da corrente ( I ) liberada por cada anodo I = ΔV /R Onde: R é resistência total; e ΔV é a diferença de potencial entre o potencial do anodo e o potencial de proteção do material metálico da estrutura ( -0,85 V vs. Cu/CuSO 4).

R = Rand/ench + Rench + Rench/solo Rand/ench = ρ/2πL1 (ln 8L1/d – 1) Rench/solo = ρ/2πL2 (ln 8L2/D – 1) Rench = ρ.L/S L=D-d/2 ; S = π.dm. L1 dm.= (D + d )/2 Onde: ρ é a resistividade do enchimento; d é o diametro do anodo; D é o diametro do

enchimento; L1 é o comprimento do anodo; e L 2 é o comprimento do enchimento.

Proteção catódica de tubulação por corrente impressa Leito: carbonato de cálcio  Anodos: grafite ou Fe-Si Calculo da massa do eletrodo por corrente impressa M = (d.t.I)/f  M = massa do anodo em Kg d = desgaste do material do anodo em Kg/ano t = tempo de vida útil desejado dos anodos I = corrente requerida pelo sistema f= fator de utilização do anodo, varia de 0,5 a 0,85.

proteção catodica



Figura 16- Esquema de proteção catódica por corrente impressa em estrutura de concreto armado

Proteção catódica por corrente impresssa

Proteção catódica por corrente impressa

Proteção Catódica



2- Proteção catódica por corrente impressa na estrutura do concreto armado 2.1- Reações - Reações na interface aço/concreto O2 + 2H2O + 4e → 4OH¯  2H2O + 2e → 4OH¯ + H2



- Reações na interface anodo/concreto



  

  

4OH¯ → 2H2O + O2 + 4e 2H2O → 4H + O2 + 4e 2Cl ¯ → Cl2 + 2e

Proteção Catódica 

2.2- Efeitos da polarização catódica por corrente impressa na estrutura de concreto armado



- Os íons com carga positiva migram para o catodo (aço)



- Os íons com cargas negativas (OH¯, Cl¯) migram para o anodo



- Aumento da alcalinidade e redução dos íons cloretos na armadura

Proteção Catódica 2.3- Densidade de corrente - Estruturas aéreas contaminadas com cloreto: 5 a 20 mA/cm2  - Estruturas submersas ou enterradas contaminadas com cloreto: 0,2 a 2  mA/cm2 2.4- Potencial de proteção  - 720 mV Ag/AgCl 2.5- Anodos  Anodos de Ti/MMO (fitas de Ti revestidas com óxidos metálicos ) com largura de 10 a 25 mm 

Revestimento metálico protetor  

   

1- Classificação dos revestimentos metálicos 1.1- Revestimentos com resistência a corrosão inferior a do substrato - Efeito barreira e proteção catodica - Podem proteger o substrato mesmo na presença de falhas Exemplos de depósitos para o substrato de aço: zinco; cádmio; Zn-Ni; ZnFe; Zn-Ni-Fe; Zn-Al(Galvalume); Zn-Ni-P

Revestimento metálico protetor 

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Figura 1. Representação esquemática de um revestimento galvanizado por imersão a quente, mostrando as camadas com diferentes teores de Zn que constituem o revestimento.

Depósito de Zn

Depósito de Zn

Revestimento metálico protetor  

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1.1.1- Depósitos de Zn O zinco quando exposto a atmosfera, é oxidado com a formação do óxido de zinco (ZnO) ou do hidróxido de zinco (ZnOH), o qual ocorre em uma atmosfera úmida como resultado da reação entre o zinco e a água Dependendo da presença de determinados poluentes no meio, como o gás carbônico, o dióxido de enxofre e o cloreto, o hidróxido de zinco pode reagir

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com esses elementos resultando na formação de outros compostos.  A presença da umidade alinhada a presença do hidróxido de cálcio leva a formação do hidroxizincato de cálcio (Ca(Zn(OH)3)2.2H2O) sobre a armadura galvanizada.

Reações que ocorrem no depósito de Zn Reação global Zn + O2 + 2H2O  2Zn(OH)2

(1)

Para pH neutro ou básico Zn(OH)2 + 0,5 CO2 + H+ → ZnOH(CO3)0,5 + H2O

(2)

Zn(OH)2 + 0,25 SO2 + 0,25 O2 + 0,5 H+ → ZnOH1,5(SO4)0,25 + 0,5 H2O

Zn(OH)2 + 0,6 Cl- + 0,6 H+ → ZnOH1,4Cl0,6 + 0,6 H2O

( 3)

(4)

O hidróxido de Zn e os sais básicos de Zn são protetores. O sal contendo cloreto deixa de ser protetor se o teor de NaCl no meio corrosivo for muito elevado.

Reações que ocorrem no depósito de Zn Em pH ácido os produtos de Zn formados não são protetores e podem ocorrer as seguintes rações:

SO2 + H2SO4 + 1/2O2 → H2SO4

(5)

Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2

(6)

Zn + SO2 + O2 → ZnSO4

(7)

Zn(OH)2 + SO2 + ½ O2 → ZnSO4 + H2O ZnOH(CO3)0,5 + SO2 + O2 + 2 H+ → ZnSO4 + 1,5 H2O + 0,5 CO2

(8)

Revestimento de Zn

Revestimento de Zn

Revestimento de Zn

Revestimento de Zn

Revestimento polimérico rico em Zn Fatores que podem causas falhas no polimérico de fundo ( primer ) rico em Zn

revestimento

a). Relação inadequada entre PVC e CPVC PVC = Concentração volumétrica do pigmento de Zn no revestimento seco CPVC = Concentração volumétrica crítica do pigmento de Zn no revestimento seco, que corresponde a concentração máxima de Zn que pode estar presente no revestimento sem que ocorre a sua descontinuidade PVC = (Vp / Vr). 100 Onde: Vp = Volume do pigmento de Zn em %; Vr = Volume da resina polimérica em %

Revestimento polimérico rico em Zn Fatores que podem causar falhas no revestimento polimérico de fundo ( primer ) rico em Zn

 b). Flexibilidade inadequada do revestimento c). Over spray Falhas no revestimento que ocorrem quando as  partículas de tinta não apresentam molhamento suficiente. d). Homogenização insuficiente da resina antes da sua aplicação e) Tempo de cura do primer insuficiente antes da aplicação da próxima camada

Revestimento polimérico rico em Zn

Revestimento polimérico rico em Zn

Revestimento polimérico rico em Zn

Revestimento polimérico rico em Zn

Revestimento polimérico rico em Zn

Revestimento metálico protetor  

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1.1.2- Depósitos Depósitos de Al-Zn-Si Al-Zn-Si (galvalume) (galvalume) Composição: 53,6% Al(barreira protetora)  – 45% Zn (proteção galvânica)  – 1,4% Si (elevação da aderência ao substrato de aço) Características Elevada resistência a corrosão atmosférica Elevada refletividade térmica Elevada resistência a oxidação em temperaturas elevadas (ate 315ºC)

Revestimento metálico protetor  protetor 

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Figura 2- Telha de galvalume galvalume

Revestimento metálico protetor  

1.1.3- Liga Zn-Ni

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Teor de Ni entre 9%p a 20%p

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 Aplicações: trem de pouso de avião; válvulas “slift”; linhas de transporte de

combustível.

Dublagem (lining)

Revestimento metálico protetor  

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1.2- Revestimentos com resistência a corrosão superior a do substrato - Formação de um filme passivo altamente protetor  - Vantagem de ser utilizado em meios altamente corrosivos, como atmosfera marinha. - Não proporcionam proteção catódica - Corrosão galvânica do substrato quando ocorre falhas no revestimento Exemplos de depósitos sobre um substrato de aço: níquel; cromo; cobre, alumínio passivo.

Revestimento metálico protetor  

2- Processos de aplicação do revestimento metálico 2.1- Deposição por soldagem

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2.2- Cladização ou cladeamento

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- Processos: soldagem; explosão; laminação a quente

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- Exemplos: substrato de aço e chapas de aço inoxidável, chapas de Ni ou de Ti; substrato de ligas de alumínio e chapas de aço.

Revestimento metálico protetor 

Revestimento metálico protetor 

Revestimento metálico protetor 

Revestimento metálico protetor  

2.3- Aspersão térmica ou metalização 2.3.1- Introdução

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- O processo não causa alteração na microestrutura do metal base

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- Pode ser utilizado para depositar materiais metálicos e cerâmicos - Pode ser utilizado para recompor materiais gastos por corrosão ou por desgaste mecânica - Pode ser utilizada para deposição “in loco”.

Revestimento metálico protetor 

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Figura 3- Representação esquemática do mecanismo de um processo de aspersão térmica

Revestimento metálico protetor 

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Figura 4- Representação esquemática de processos de aspersão térmica. (a) Chama com pó. (b) Chama com fio. C ( c ) Arco com fio. (d) Plasma

Revestimento metálico protetor  

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2.3.2- Aspersão térmica por chama

Figura 4- Representação esquemática da pistola usada em um processo de aspersão térmica por chama

Revestimento metálico protetor 

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Figura 5- Representação esquemática de um processo de aspersão térmica por chama

Revestimento metálico protetor 

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Figura 6- Representação esquemática da pistola usada em um processo de aspersão térmica por arco voltaico

Revestimento metálico protetor 

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Figura 6- Representação esquemática da pistola usada em um processo de aspersão térmica por plasma

Revestimento metálico protetor 

Revestimento metálico protetor 

Revestimento metálico protetor  

Tabela 1- Tipos de revestimento por aspersão térmica para aplicação em solução aquosa e na atmosfera

Revestimento metálico protetor  

Tabela 2- Depósitos obtidos através de aspersão térmicas utilizados em aplicações a elevadas temperaturas

Revestimento metálico protetor    

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2.4- Eletrodeposição 2.4.1- Introdução - O deposito é obtido polarizando-se catodicamente o substrato através de uma fonte de corrente. - O sistema de eletrodeposição é constituído pelo substrato metálico que sofrerá as reduções de redução, pelo contra eletrodo que sofrerá a reação de oxidação. por uma fonte de corrente ou de potencial, e por um eletrodo de referencia. - O banho de eletrodeposição é constituído pelos sais do metal que se pretende depositar e por aditivos.

Parâmetros do processo de eletrodeposição

Parâmetros do processo de eletrodeposição

Revestimento metálico protetor  

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2.4.2- Principais vantagens do processo de eletrodeposição: - Ampla variedade de depósitos Ex: cobre; níquel; zinco; ouro; cádmio; ferro;cromo; ligas de Zn; ligas de cobre(latão); ligas de zinco (Zn-Ni, Zn-Fe); ligas de níquel (Ni-P). Ligas ternarias e quartenarias. - Aplicação em superfícies com geometria variável - Processo relativamente simples e de baixo custo do equipamento - Controle da espessura do deposito - Depósitos compactos e com bom acabamento - Os depositos podem ser depositados juntamente com partículas, como o carbeto de silício e o teflon, que melhoram as suas propriedades.

Revestimento metálico protetor  

2.4.3- Principais desvantagens do processo de eletrodeposição:

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- Dependendo da geometria da do substrato o deposito pode não ser uniforme

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- Não é viável em substratos com dimensão elevada - Só podem ser depositados metais que se encontram na forma de sais. - A espessura do depósito é relativamente pequena - A eletrodeposição de certos metais, como o cádmio, o níquel e o cromo, produz subprodutos tóxicos. - A qualidade dos depósitos é altamente sensível a presença de contaminantes no banho - Possibilidade de ocorrer a fragilização por hidrogênio - Baixa eficiência energética

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2.5.- Imersão a quente 2.5.1- Introdução - A deposição é feita através da imersão do substrato em um banho contendo o metal que se pretende depositar no estado fundido. - Os depositos devem apresentar uma baixa temperatura de fusão para não afetar as propriedades do substrato de aço ( normalmente a temperatura mais elevada do banho é de 660°) - Principais depósitos: alumínio, zinco, 55Al-Zn-Si ; Al-Si; 95Zn-Al - Deposição do zinco: temperatura entre 440 a 480 °C, tempo de 1 a 2 minutos.

Revestimento metálico protetor  Tabela 1- Taxas de corrosão dos depósitos de Zn (galvanizado); 95(Zn)-Al; 55Al-Zn após 2 anos de exposição no meio corrosivo

Revestimento metálico protetor  

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2.5.2- Principais vantagens da deposição por imersão a quente - Permite a obtenção de depósitos com espessura superior a dos depositos obtidos por eletrodeposição. - Não ocorre a fragilização por hidrogênio - Permite a deposição de substratos com dimensões superiores aos que são revestidos por eletrodeposição

Revestimento metálico protetor  

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2.5.3- Principais desvantagens da deposição por imersão a quente - Só permite a deposição de metais com baixa temperatura de fusão (quando o substrato for de aço a temperatura do banho deve ser inferior a 870 °)

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- Dificuldade em controlar a espessura do depósito

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- O depósito geralmente não apresenta um bom acabamento superficial

Pintura anticorrosiva 

- Preparo da superfície

Pintura anticorrosiva

Deposição química em fase vapor 

Pintura anticorrosiva

Figura 1- Tratamento por hidrojateamento

Pintura Anticorrosiva

Pintura Anticorrosiva  

1- Sistemas de pintura 1.1-Atmosfera rural

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1.2- Atmosferas rurais e marinhas de agressividade moderada

Pintura Anticorrosiva 

1.3- Atmosferas rural e marinha agressiva

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1.4- Estruturas enterradas ou imersas em águas agressivas Preparação mínima da superfície  – desengorduramento e jateamento abrasivo ao metal quase-branco (As 2 ½); Tinta  – Duas demãos de tinta epóxi-alcatrão de hulha curada com poliamina, de alta resistência à abrasão, com espessura seca de 180-220 µm por demão.

O sistema de pintura de estruturas metálicas ou concreto, já submersas em água doce ou salgada, consiste no emprego de tinta à base de resina epóxi curada com poliamina, aplicada após jateamento (hidrojateamento). Espessuras recomendadas acima d’água, 250 µm, abaixo d’água, 450 µm.

Pintura anticorrosiva

Classificação da agressividade da atmosfera

Pintura anticorrosiva

Pintura Anticorrosiva 

Tabela 2- sistemas de pintura utilizados utilizados em cascos de navios (Recommended Practice – Corrosion Protection of ships – DNV – 2000)

Pintura Anticorrosiva Tabela 2- Pintura utilizada para imersão em água salgada