Corrosão - Apresentação GERAL do conteúdo

Corrosão - Apresentação GERAL do conteúdo

Corrosão

Profa. Dr. Warde A. F. Zang

Curso Superior de Tecnologia em

Processos Químicos– IFG - 2013 1 corrosão

•Num aspecto geral:

•Corrosão - a deterioração de um material, geralmente metálico, por ação química ou eletroquímica do meio ambiente aliada ou não a esforços mecânicos.

corrosão

•A deterioração causada pela interação físico- química entre o material e o seu meio operacional representa alterações prejudiciais indesejáveis, sofridas pelo material, tais como desgaste, variações químicas ou modificações estruturais, tornando-o inadequado para o uso.

corrosão

•A deterioração de materiais não-metálicos, como por exemplo concreto, borracha, polímeros e madeira, devida à ação do meio ambiente, é considerada também, por alguns autores, como corrosão.

corrosão

•Assim, a deterioração do cimento portland, empregado em concreto, por ação de compostos de enxofre, é considerada um caso de corrosão do concreto;

•Compostos sulfurosos tais como o SO2 e o H2S encontram-se em concentrações variáveis no ar por serem gases comuns em sistemas de tratamento de esgoto.

Ácido Sulfídrico H2S:

•É originado de atividade biológica, tal como a decomposição anaeróbia de produtos orgânicos, por bactérias como E. coli, Proteus vulgaris e Pseudomonas pycocyanea.

•Este gás, por meio de uma série de reações, produz ácidos, todavia indesejáveis, e que além de agressivos ao concreto das Estações de Tratamento de Esgotos (ETEs),

•Traz às áreas residenciais desprendimento de odores desagradáveis.

Agressividade sob o nível da água:

As águas residuárias, tanto domésticas quanto industriais carreiam uma série de ácidos orgânicos voláteis e esses, inevitavelmente, atritam-se com as paredes de concreto dos sistemas de tratamento, de pH alcalino e que contêm cálcio na composição original do cimento.

Agressividade sob o nível da água:

• Ocorre reação de neutralização, resultado da reação dos ácidos orgânicos voláteis e cimento, exemplo, como produto, o acetato de cálcio é carregado pelo esgoto.

•Indústria de laticínios: não se utiliza ou não se recomenda a utilização de rede coletora de concreto, justamente pelo alto percentual de ácido láctico que este tipo de efluente industrial apresenta.

Agressividade sobre o nível da água

•Algumas bactérias anaeróbias degradam as proteínas e aminoácidos naturalmente presentes nos esgotos.

•Estes compostos orgânicos geralmente apresentam radicais de enxofre em sua fórmula, que são os formadores de gases como o H2S (dissolvido no esgoto).

Corrosão do Concreto

•Em regiões de alta turbulência, o H2S se desprende, iniciando-se então uma série de

reações, que podem se dar por via química ou biológica e têm como conseqüência a corrosão do concreto.

•A formação de ácido por via química obedece à seguinte seqüência de reações:

Corrosão do Concreto

•Da equação (1), o oxigênio necessário para a reação, vem de pequenas infiltrações nos reatores anaeróbios, resultando então em enxofre absoluto, que em presença de umidade

(natural do reator), oxida-se a ácido sulfúrico

(equação (2)), e em ausência de oxigenio pode-se acumular como produto de oxidação, nas paredes ou teto do reator.

•Durante estas etapas de oxidação o pH baixa drasticamente para aproximadamente 0,5.

Produto da Corrosão

•Na reação (3), a de neutralização, o sulfato de cálcio formado possui volume molecular maior

do que o carbonato de cálcio, ou seja, é mais expansivo, provocando desta maneira estufamento e desagregação do concreto.

ICCYS. Boletin. Disponível em: http://www.google.com.br/imgres?imgurl=http://boletiniccyc.com/files/images/ACIDOS.bmp&imgrefurl=http://www.boleti n-iccyc.com/

Ataque concreto - via biológica

•A formação de ácido por via biológica, uma segunda forma de produção de ácido sulfúrico dá-se por via biológica, por meio de microrganismos como o Thiobacillus concretivorus.

•A bactéria é autotrófica, ou seja, possui grande capacidade de crescimento e alta atividade metabólica em ausência de compostos orgânicos.

Ataque biológico

•Estes microrganismos necessitam como nutrientes apenas alguma fonte de enxofre, neste caso o H2S, e pequenas quantidades de gás carbônico, oxigênio, sais minerais e água, para que produzam o ácido sulfúrico, que por sua vez reage com o carbonato de cálcio, originando o estufamento e desagregação como já analisado anteriormente.

Proteções do concreto

•Sendo uma etapa inicial do processo de proteção, a produção de concreto com resistência química adequada ao caso, com baixa relação água/cimento, compactação rigorosa e cura apropriada, bem como a escolha de um cimento adequado (Portland

Pozolânico), visando obter desta forma baixa taxa de absorção e permeabilidade.

Proteções

•Outra forma de melhorar ou inibir os efeitos de degradação é por meio de completo isolamento da estrutura do meio corrosivo, com revestimentos resistentes a ácidos, tais como termoplásticos, pinturas.

Outras considerações - corrosão

•Pode também ser considerada como corrosão a perda de elasticidade da borracha, devida à oxidação por ozônio;

•E a madeira exposta à solução de ácidos e sais ácidos, que perde sua resistência devido à hidrólise da celulose, e admite-se este fato como corrosão da madeira.

Madeira e Plásticos:

Sofrem decomposição originando produtos corrosivos:

•Madeira: sua decomposição origina ácido acético, propiônico, butírico, pirolenhoso.

•Plástico: dá origem, o PVC ao HCl, Teflon ao HF, a borracha clorada ao HCl.

corrosão

•Sendo a corrosão, em geral, um processo espontâneo, este está constantemente transformando os materiais metálicos de modo que a durabilidade e desempenho dos mesmos deixam de satisfazer os fins a que se destinam.

Observações importantes:

•A grande maioria dos metais sofre corrosão quando a umidade relativa do ar é superior a 60% (metais ferrosos);

•Ação passivante: é o depósito de uma película não porosa, aderente e não permeável ao oxigênio na superfície de um material;

•Al, Zn, Pb, Sn são atacados por meio básico

•Fe sofre passivação pelo meio básico

•Al atacado por meio ácido (anfótero!)

•Sólidos em suspensão na água provocam corrosão por causa da diferença de aeração devida aos sólidos;

•Água marinha provoca corrosão devido a grande quantidade de íons salinos: Cl-, Na+, SO4- e Mg2+ , os mais abundantes;

Meios Corrosivos: atmosfera, água, solo, produtos químicos

Meios corrosivos

•Atmosfera:

•Corrosão atmosférica seca: isenta de umidade, apresenta oxidação lenta ocasionada por presença de gases.

•Corrosão atmosférica úmida: umidade inferior a 100%, o ataque vai depender da umidade relativa, poluentes e higroscopicidade dos produtos.

ocorre em presença de chuvas, névoa salina,

•Corrosão atmosférica molhada: quando a umidade está próxima a 100%. Geralmente 2

Atmosfera

•As substâncias poluentes mais comuns são:

H2S, NH3, HCl,

poeiras (particulados), SO3, CO2, O3, NO, NO2, 23

Outros fatores que influenciam atmosfera:

•Temperatura quanto maior, menor a probabilidade de corrosão;

•Permanência do filme de eletrólito quanto menor, menor a ação corrosiva;

•Clima chuvas podem ser benéficas quando limpam as superfícies com eletrólitos (a solução não deve ficar depositada);

•Ventos condutores de poeiras;

•Insolação ataque ultravioleta ao material.

Água

•Águas Naturais:

•o material metálico é atacado pela água na presença de um dos contaminantes seguintes:

- gases dissolvidos, matéria orgânica, bactérias, limos, algas, sólidos suspensos.

- pH, temperatura, velocidade e circulação.

Velocidade da água

•A velocidade da água interfere no corrosão, sendo:

•Alta: pode haver erosão corrosiva

•Média: maior ataque corrosivo

Se a água conter * íons cloretos: destroem qualquer tipo de película passivadora.

* altas temperaturas na água destroem películas passivadoras

Solo

•Solo: meio corrosivo bastante complexo para se determinar sua ação agressiva. Dependendo do seguinte:

•Tomada da amostra: aeração, umidade, pH, acidez, resistividade elétrica, potencial redox.

•Condições microbiológicas: influência, modificação nos revestimentos, origem dos meios corrosivos.

•Condições operacionais: clima, fertilizantes, despejos, profundidade, aeração, correntes de fuga

•Natureza do solo: porosidade, condutividade,são os

principais fatores que aceleram o processo corrosivo.

Produtos Químicos

•Deterioração do material; •Contaminação do produto;

•De modo geral, os produtos químicos são embalados em recipientes de vidro; exceções o HF e seus sais e soluções alcalinas.

Corrosão nos alimentos

•Alimentos: alteração do sabor, aroma, aparência, do alimento.

•Alguns Agentes corrosivos:

•Ação Zn, Fe, e Cu modificam o aroma no leite

•Sn turvação em cervejas e vinhos

•Pb causa saturnismo

•Para evitar-se a deterioração dos alimentos, utilizam-se conservantes, geralmente ácidos orgânicos que acabam atacando o invólucro.

Corrosão nos Alimentos

•Solventes Orgânicos: mesmo sendo covalentes, não formadores de íons, podem ocasionar corrosão devido à presença de

temperatura elevada, solventes clorados,

contaminantes como vapor d'água, Cu, Ag, 30

PARTE 2: Ligas Metálicas 31

Ligas metálicas

•O fenômeno da corrosão assume importância na vida moderna, principalmente para metais e suas ligas:

•De estruturas metálicas enterradas ou submersas, tais como Mineroduto, oleoduto, gasoduto, adutoras, cabos de comunicação e de energia elétrica, atracação de embarcações, tanques de armazenamento de combustíveis como gasolina, álcool e óleo diesel, emissários submarinos.

Ligas metálicas

•Em meios de transportes, como trens, navios, aviões, automóveis, caminhões e ônibus;

•Em estruturas metálicas sobre o solo ou aéreas, como torres de linhas de transmissão de energia elétrica, postes de iluminação, linhas telefônicas, tanques de armazenamento, instalações industriais, viadutos, passarelas, pontes;

Ligas Metálicas

•equipamentos eletrônicos, torres de transmissão de estações de rádio, de TV, repetidoras, de radar, antenas, etc.

•equipamentos como reatores, trocadores de calor e caldeiras.

•Todas essas instalações representam investimentos vultosos que exigem durabilidade e resistência à corrosão que justifiquem os valores investidos e evitem acidentes com danos materiais incalculáveis ou danos pessoais irreparáveis.

Ocorrência dos Metais

•Com exceção de alguns metais nobres, como o ouro, que podem ocorrer no estado elementar, os metais são geralmente encontrados na natureza sob a forma de compostos, sendo comuns as ocorrências de óxidos e sulfetos metálicos.

•Os compostos metálicos que possuem conteúdo energético inferior aos dos metais são relativamente estáveis.

•Desse modo, os metais tendem a reagir espontaneamente com os líquidos ou gases do meio ambiente em que são colocados: o ferro se "enferruja" ao ar e na água, e objetos de prata escurecem quando expostos ao ar.

•Em alguns casos, pode-se admitir a corrosão como o inverso do processo metalúrgico, cujo objetivo principal é a extração do metal a partir de seus minérios ou de outros compostos, ao passo que a corrosão tende a oxidar o metal.

•Assim, muitas vezes o produto da corrosão de um metal é bem semelhante ao minério do qual é originalmente extraído.

•O óxido de ferro mais comumente encontrado na natureza é a hematita, Fe2O3 e a ferrugem é o Fe2O3 hidratado, Fe2O3 • nH2O, isto é, o metal tendendo a retornar a sua condição de estabilidade.

•Os problemas de corrosão são freqüentes e ocorrem nas mais variadas atividades:

•Nas indústrias química, petrolífera, petroquímica, naval, de construção civil, automobilística, nos meios de transportes aéreo, ferroviário, metroviário, marítimo, rodoviário e nos meios de comunicação, como sistemas de telecomunicações, na odontologia (restaurações metálicas, aparelhos de prótese), na medicina

(ortopedia) e em obras de arte como monumentos e esculturas. 40

•As perdas econômicas que atingem essas atividades podem ser classificadas em diretas e indiretas.

São perdas Diretas e Indiretas:

•As perdas indiretas são mais difíceis de avaliar, mas um breve exame das perdas típicas dessa espécie conduz à conclusão de que podem totalizar custos mais elevados que as perdas diretas e nem sempre podem ser quantificados.

São perdas indiretas:

•a) paralisações acidentais: para a limpeza de trocadores de calor ou caldeiras; para a substituição de um tubo corroído, o que pode custar relativamente pouco, mas a parada da unidade pode representar grandes custos no valor da produção;

•b) perda de produto: como perdas de óleo, soluções, gás ou água através de tubulações corroídas até se fazer o reparo;

•c) perda de eficiência: diminuição da transferência de calor através de produtos de corrosão em trocadores de calor; nos motores automotivos, os anéis de segmentos dos pistões e as paredes dos cilindros são continuamente corroídos pêlos gases de combustão e condensados.

perda de eficiência:

•A perda das dimensões críticas faz com que haja um excesso de consumo de óleo e gasolina, quase igual ou maior do que o causado pelo desgaste natural devido ao uso;

•Incrustações nas superfícies de aquecimento de caldeiras ocasionam aumento no consumo de combustível: incrustações de baixa condutividade térmica e elevada espessura provocam baixa transferência de calor, ocasionando queda na eficiência da caldeira com conseqüente aumento no consumo de combustível; perda de eficiência:

•entupimento ou perda de carga em tubulações de água, obrigando a custo mais elevado de bombeamento, devido à deposição de produtos de corrosão; contaminação de produtos:

•caso de pequena quantidade de cobre, proveniente de corrosão de tubulações de latão ou de cobre, que pode invalidar uma fabricação de sabão, pois os sais de cobre aceleram a rancidez, provocando a diminuição do tempo de estocagem;

•alteração nas tonalidades de corantes motivadas por traços de metais;

Contaminação de produtos:

•equipamentos de chumbo não são permitidos na preparação de alimentos e bebidas, devido às propriedades tóxicas de pequenas quantidades de sais de chumbo, que podem causar saturnismo, doença que afeta o sistema nervoso.

•arraste, pela água, de produtos de corrosão, como óxidos de ferro, tornando-a imprópria para consumo humano ou para uso industrial, como, por exemplo, fábricas de alimentos, laticínios, papel e celulose;

Superdimensionamento nos projetos:

•fator comum no dimensionamento de reatores, caldeiras, tubos de condensadores, paredes de oleodutos, tanques, estruturas de navios, etc.

•Isto porque a velocidade de corrosão é desconhecida ou os métodos de controle da corrosão são incertos.

Como exemplo típico de superdimensionamento:

•Exemplo:

•Uma tubulação de 362 km de comprimento e

20,3 cm de diâmetro que foi especificada preliminarmente para ter uma espessura de

0,82 cm, mas com adequada proteção contra a corrosão pôde ser especificada com uma espessura de 0,64 cm, economizando-se, então, 3.700 toneladas de aço, com aumento da capacidade interna em 5%;

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