Proteção catódica e proteção catódica por corrente impressa

Proteção catódica e proteção catódica por corrente impressa

UNIVERSIDADE POTIGUAR – UnP

CST EM PETRÓLEO E GÁS – 5MA

KAYO FELIPE NUNES MAIA DE QUEIROGA

PROTEÇÃO CATÓDICA E PROTEÇÃO CATÓDICA POR CORRENTE IMPRESSA

MOSSORÓ / RN

JUNHO / 2010

KAYO FELIPE NUNES MAIA DE QUEIROGA

PROTEÇÃO CATÓDICA E PROTEÇÃO CATÓDICA POR CORRENTE IMPRESSA

Trabalho apresentado como exigência da disciplina pintura industrial e proteção anticorrosiva, ministrada pelo professor Marcilio Araujo no período letivo de 2010.1

MOSSORÓ / RN

JUNHO / 2010

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO..............................................................................................................4

OBJETIVO.....................................................................................................................5

PROTEÇÃO CATÓDICA.............................................................................................6

PROTEÇÃO CATÓDICA INTERNA.............................................................................6

PROTEÇÃO CATÓDICA EXTERNA............................................................................7

CRITÉRIOS DE PROTEÇÃO..........................................................................................7

PROTEÇÃO CATÓDICA POR CORRENTE IMPRESSA......................................8

PROTEÇÃO CATÓDICA POR CORRENTE IMPRESSA NA ÁREA NAVAL......9

PROTEÇÃO DE UMA TUBULAÇÃO ENTERRADA..............................................10

CONCLUSÃO................................................................................................................12

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................13

INTRODUÇÃO

Sabe-se que a proteção catódica consiste na transformação da estrutura para proteger o catodo de uma célula eletroquímica ou eletrolítica, assim combatendo a corrosão. Enquanto a proteção catódica por corrente impressa utiliza uma força eletromotriz, proveniente de uma fonte de corrente contínua, para imprimir a corrente necessária à proteção da estrutura considerada, alem de ser bastante utilizada para a proteção externa dos cascos das embarcações ou plataformas Offshore, principalmente as de médio e grande porte.

OBJETIVOS

Tanto a proteção catódica quanto a proteção catódica por corrente impressa são destinadas para combater e evitar a corrosão. Sendo que a proteção catódica é empregada para estruturas enterradas ou submersas e não pode ser usadas em estruturas aéreas em face da necessidade de um eletrólito contínuo, o que não se consegue na atmosfera. Enquanto a proteção catódica por corrente impressa aplica-se a estruturas situadas em eletrólitos de baixa, média e alta resistividade e ela é aplicada onde se exige maiores correntes, portanto, em estruturas de média para grande porte o que não impede o seu uso em estruturas pequenas, quando houver conveniência.

PROTEÇÃO CATÓDICA

A proteção catódica, segundo Dutra & Nunes, é a técnica que, baseada nos princípios da eletroquímica, transforma a estrutura metálica que se deseja proteger em uma pilha artificial, evitando, assim, que a estrutura se deteriore. É graças à proteção catódica que milhares de quilômetros de tubulações enterradas para o transporte de água, petróleo, gás e produtos químicos, assim como, grandes estruturas portuárias e plataformas marítimas de produção de petróleo, tanques enterrados operam com segurança, protegidos da corrosão.

Em tanques de armazenamento, a proteção catódica normalmente é aplicada interna e/ou externamente ao fundo do equipamento.

PROTEÇÃO CATÓDICA INTERNA

Os tanques de armazenamento de petróleo normalmente apresentam certa quantidade de água salgada no fundo e, portanto, podem receber proteção catódica nessa região. Para outros produtos, a necessidade de proteção catódica é definida em função da existência de água, dos valores de resistividade, das condições de aeração etc.

O tipo de proteção normalmente adotado é a proteção catódica galvânica com anodos de zinco ou alumínio (Figuras 20.11 e 20.12). Anodos de magnésio são utilizados apenas quando o produto armazenado for água doce.

Proteção catódica galvânica no interior de tanques. Distribuição típica de anodos no fundo do equipamento.

Proteção catódica galvânica. Anodos.

Desta forma, a proteção interna anticorrosiva do fundo de tanques de armazenamento de petróleo e seus derivados é normalmente realizada, de maneira econômica, com uma pintura de excelente qualidade (prolongando-se ao costado até uma altura de 1m) e, complementada, caso necessário, por uma proteção catódica galvânica.

PROTEÇÃO CATÓDICA EXTERNA

Apenas os tanques montados sobre bases de concreto elevadas e com excelente impermeabilização, entre a base e a chaparia do fundo, podem ser considerados isentos de corrosão externamente ao fundo. Desta forma, do ponto de vista econômico, é normalmente interessante o emprego de proteção catódica externamente ao fundo do equipamento. O tipo de proteção mais utilizado é por corrente impressa.

CRITÉRIOS DE PROTEÇÃO

Os potenciais de proteção tradicionalmente considerados, em proteção catódica, são os seguintes:

  • 0,85 V em relação à semicélula Cu/CuS04 (Figura 20.15) ;

  • 0,80 V em relação à semicélula Ag/Ag Cl (Figura 20.16).

Para tanques de grande diâmetro, a maior dificuldade consiste em garantir a proteção externa na parte central do fundo do equipamento. Um critério normalmente adotado é procurar atingir, na borda do equipamento, um potencial da ordem de – 1,0 V em relação à semicélula Cu/CuS04. Desta forma, tenta-se obter o potencial de proteção de – 0,85 V na parte central do equipamento. O ideal, na realidade, é colocar permanentemente um eletrodo de referência na parte central do fundo do equipamento para garantir a obtenção do potencial de proteção nessa região.

Semicélula Cu/CuS04

Para o caso de embarcações, os eletrodos de referência mais utilizados são os de Prata/Cloreto de Prata (Ag/AgCl) e os de Zinco Eletrolítico.

Na tabela a seguir encontram-se os potenciais mínimos de proteção de três diferentes tipos de eletrodos.

Potenciais de proteção para casco de aço medidos em relação diferentes tipos de eletrodos de referência.

Eletrodo de Referência

Eletrólito

Potencial de Proteção na Água do Mar com Resistividade Elétrica de 20 ohm.cm à 20.C

Ag/AgCl

Água do Mar

- 0,80 V

Cu/CuS04 (Solução)

Água do Mar

- 0,85 V

Zinco

Água do Mar

+ 0,25 V

O projeto de um sistema de proteção catódica de um tanque de armazenamento deverá atender os requisitos constantes da Norma N-1983.

PROTEÇÃO CATÓDICA POR CORRENTE IMPRESSA

Na proteção catódica por corrente impressa, as estruturas metálicas enterradas recebem a corrente de proteção de uma fonte externa de corrente ou retificador, instalado na superfície e utilizando um conjunto dispersor de corrente no eletrólito, constituído por um leito de anodos inertes.

Esquema de proteção catódica por corrente impressa de tanques enterrados

Após a instalação do sistema de proteção catódica por corrente impressa, é necessário verificar se os tanques ficaram protegidos contra a corrosão. Esta verificação deve ser feita mediante medições dos potenciais dos tanques em relação ao solo. Uma vez que os tanques sejam mantidos dentro dos níveis mínimos de potencial, a corrosão externa ficará eliminada, qualquer que seja o estado do revestimento utilizado.

Desta forma, esta técnica minimiza a possibilidade de vazamentos e de contaminações ambientais.

PROTEÇÃO CATÓDICA POR CORRENTE IMPRESSA NA ÁREA NAVAL

Em muitas ocasiões, a proteção catódica por corrente impressa na área naval dispensa levantamentos de campo. Na maioria dos casos, basta que o cliente informe os seguintes dados:

  • A área do aço carbono submerso que se deseja proteger contra a corrosão (em m²);

  • O fator de velocidade do eletrólito (por exemplo a velocidade máxima da água do mar na estrutura protegida);

  • O tipo de pintura utilizada (eficiência do revestimento).

  • A vida útil desejada para os anodos ( em anos);

  • O espaço disponível para instalação dos retificadores;

  • Nas embarcações, indicar número de hélices e madres de leme;

  • As tensões disponíveis para alimentação dos retificadores (220V, 380V, 440V, etc.);

  • E alguns detalhes construtivos e de instalação para os anodos, eletrodos e dos retificadores.

PROTEÇÃO DE UMA TUBULAÇÃO ENTERRADA

Para a utilização do sistema é necessária a medição da resistividade do meio (solo), o cálculo da área da tubulação, a densidade de corrente e a corrente elétrica que devem ser aplicadas à estrutura de aço. Para isso, os cálculos são apresentados a seguir.

  • Resistividade do Solo (pelo método dos quatro pinos):

r = 2p. a . V / I , onde:

I = corrente injetada pelos pinos externos, em A;

V = queda de voltagem nos pinos externos, em V;

a = espaçamento entre os pinos, em cm;

r = resistividade elétrica, em ohm.cm.

  • Densidade de Corrente

d = 73,73 – 13,35 . log r, d = densidade de corrente, em mA/m2

  • Corrente Elétrica Requerida

I = S . d. f (1 – E)

I = Intensidade de corrente, em A;

S = Área total da superfície a proteger, em m2;

d = densidade de corrente, em A/m2;

f = Fator de velocidade do meio, adimensional;

E = Eficiência do revestimento, quando houver, expresso sob a forma de fração decimal.

O conjunto conectado ao sistema de proteção catódica tem o pólo negativo do retificador de corrente contínua, ligado à tubulação, enquanto o pólo positivo está conectado a um leito de cinco ânodos inertes de grafite (Ver imagem 1). As tubulações usadas não apresentavam nenhum revestimento protetor.

(imagem 1) Conjuntos com a tubulação enterrada com o sistema de proteção catódica por corrente impressa.

Ao aplicada uma corrente de 180 mA, aproximadamente, na tubulação enterrada e os conjuntos foram monitorados semanalmente. A cada mês foi registrado o acompanhamento do processo corrosivo. As imagens 2, 3 e 4, mostram que, após um mês, a estrutura sem proteção estava num processo corrosivo acentuado, enquanto que o conjunto com a proteção catódica encontrava-se livre de oxidação. Entretanto, para um resultado mais rápido, ao solo utilizado foram misturados cerca de 10g de cloreto de amônio de forma a acelerar o processo de oxidação.

(imagem 2) Detalhe da corrosão na tubulação enterrada.

(imagem 3) Estrutura sem proteção, mostrando o processo corrosivo.

(imagem 4) Estrutura com a proteção catódica livre da oxidação.

CONCLUSÃO

Com isso pode-se saber que a corrosão das tubulações e tanques enterrados em postos de serviço pode ser eliminada pela aplicação adequada da proteção catódica. Portanto a proteção catódica atua como complemento das falhas e dos poros de revestimento externo dos tanques e protege com eficiência, também, as tubulações galvanizadas. E que a proteção catódica por corrente impressa atua externamente nas tubulações é o tipo de proteção mais comum utilizado pra proteção anticorrosiva.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

  • PINTURA ANTICORROSIVA - Ferreira, Luis Andrade.

  • PINTURA E PROTEÇÃO CATÓDICA - Silva, Pinna da.

  • CORRENTE IMPRESSA. Por: Viegas, José Carlos. Colhido em: <http://www.ebah.com.br/tribologia-e-lubrificacao-pdf-a46717.html>. Em 07/06/2010.

  • O ENSINO DE CORROSÃO E DE TÉCNICAS ANTICORROSIVAS COMPATÍVEIS COM O MEIO AMBIENTE. Por: Augusto, Guilherme. Colhido em: < http://www.ebah.com.br/tribologia-atrito-desgaste-lubrificacao-ppt-a46054.html>. Em 07/06/2010.

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