FUNCEFET – Fundação de Apoio ao CEFETTécnico em Segurança do Trabalho Turno: Noite

Introdução à Tecnologia Química

Professora Thainá Menezes de Melo

Novembro / dezembro 2010

Índice1- Introdução à Química.................................................................................................... 4Conceitos........................................................................................................................... 4Eletroquímica.....................................................................................................................72 ½ - Nox – Número de Oxidação...................................................................................10

Regras Práticas para determinação do Nox................................................................ 103 - Diferença de Potencial (ddp) de uma pilha ou força eletromotriz (fem)................... 11Potencial Padrão de Redução.......................................................................................... 13Tabela de Potenciais Padrão de Redução........................................................................ 154 - Formas de corrosão.................................................................................................... 175 - Mecanismos básicos de corrosão............................................................................... 19

Corrosão por aeração diferencial................................................................................ 20Corrosão eletrolítica ou por correntes de fuga............................................................21Corrosão galvânica......................................................................................................22Corrosão em torno de cordão de solda........................................................................23Corrosão seletiva (grafítica ou dezincificação)...........................................................23Empolamento ou fragilização pelo hidrogênio........................................................... 24

6 - Proteção contra corrosão............................................................................................ 24Métodos baseados na modificação do processo..........................................................24Métodos baseados na modificação do meio corrosivo............................................... 25Métodos baseados na modificação do metal...............................................................25Métodos baseados nos revestimentos protetores........................................................ 25Inibidores de corrosão.................................................................................................25

Classificação dos inibidores...................................................................................26Modificações de processo, de propriedades e de metais de projetos..........................27

Compatibilidade de metais e meios........................................................................27Modificações de projetos....................................................................................... 27

Revestimentos............................................................................................................. 28Revestimentos metálicos........................................................................................29Revestimentos não metálicos inorgânicos............................................................. 29Revestimentos não metálicos orgânicos – Tintas e polímeros...............................29Medidas para aumentar a vida útil de um sistema de pintura anticorrosiva.......... 30

7 – Métodos de proteção especiais ................................................................................. 30Proteção catódica.............................................................................................................30

Proteção catódica galvânica........................................................................................31Proteção catódica por corrente impressa.....................................................................32Escolha do método de proteção catódica.................................................................... 33

Proteção anódica..............................................................................................................348 – Referências Bibliográficas.........................................................................................35

1- Introdução à QuímicaOBJETIVO: Esta aula tem por objetivo relembrar conceitos básicos de química a fim de preparar os alunos para as estapas posteriores do curso.

a) A química na natureza e cotidiano:

Conceitos· Energia: capacidade de realizar trabalho, ou seja, promover mudanças de estado nas coisas, faz as coisas se transformarem.

· Matéria: tudo que tem massa e ocupa lugar no espaço.

· Corpo: matéria com forma definida.

b) Estados físicos da matéria

• · Sólido• · Líquido• · Gasoso

Tabela1 – diferenciação entre estados físicos

Estados físicos Forma Volume CompressibilidadeSólido definida definido muito baixaLíquido formato do recipiente definido baixagasoso formato do recipiente indefinido alta

c) Fenômenos e leis da Química

· Fenômeno físico

- não ocorre destruição da matéria: uma determinada substância ao sofrer um fenômeno físico permanece a mesma substância. Há apenas uma alteração em seu estado físico.

- mudança de estado físico.

Ex: derretimento do gelo. Após se liquefazer, a água continua sendo água.

- Alterações de velocidade/aceleração também são consideradas fenômenos físicos

· Fenômeno químico

- ocorre destruição de matéria: destruição/formação. Consiste nas reações químicas. Em um fenômeno químico, uma substância converte-se em outra ou outras.

Exemplos:

· H2 + O2 = H2O (formação da água)

· H2 O2 - >H2O+ O2

Água oxigenada ao entrar em contato com um ferimento: ao entrar em contato com o ferimento o peróxido de hidrogênio (água oxigenada) se desestabiliza e forma água e oxigênio gasoso (as borbulhas)

· Fogo

O fogo é a liberação de energia durante uma reação de combustão. Esta consiste basicamente na reação de substâncias orgânicas (inflamáveis) com o oxigênio gerando CO2 e água.

· Lei de Lavoiser: Princípio da conservação das massas

“Na natureza nada se cria e nada se perde, tudo se transforma”.

· Lei de Proust: Lei das proporções constantes, definidas ou fixas

"A proporção, em massa, dos elementos que participam da composição de uma substância é sempre constante e independente do processo químico pelo qual a substância é obtida”.

- a massa das substâncias químicas envolvidas em uma reação é diretamente proporcional

Proust verificou que as massas dos reagentes e as massas dos produtos que participam da reação obedecem sempre a uma proporção constante. Essa proporção é característica de cada reação, isto é, independe da quantidade de reagentes utilizados.

Assim, para a reação entre, por exemplo, hidrogênio e oxigênio formando água, os seguintes valores experimentais podem ser obtidos:

hidrogênio (g) oxigênio (g) água (g)

30 60 120

8 16 32

1 2 4

Observe que, para cada reação, a massa do produto é igual à soma da massa dos reagentes, o que concorda com a lei de Lavoisier.

* Por que as reações químicas ocorrem?

- A matéria sempre fica no estado mais estável para o ambiente onde se encontra. Estado mais estável aqui, siginifica estado menos energético, de menor energia.

Ex: água no estado sólido em baixas temperaturas (ela vira gelo, pois o “meio” gelado modifica a matéria). Em temperatura ambiente a água toma a forma de líquido e em altas temperaturas, o estado vapor.

* Metais: não são encontrados sozinhos na natureza, no estado metálico (reduzido), exceto os metais nobres (ouro, platina, nióbio). Em geral, são encontrados sob a forma de minerais (metais na forma oxidada) e minérios (minerais com valor econômico).

Ex: Al2O3/ Fe2O3 / Fe(OH) 3 (MINERAIS)

Al, Fe, Cu (METAIS)

* Metalurgia: processo de obtenção de metais, dando energia (através do aquecimento, carga elétrica e etc). Processo não espontâneo

* Corrosão:

- Processo oposto à metalurgia, visto que o metal está retornando à forma mais estável nas condições ambientais;

- ocorre em metais (como o ferro), expostos ao ambiente;

- reação química com o agente corrosivo (ácido, água, sal e etc);

- corrosão pode ser definida como o desgaste, ou modificação química e/ou estrutural de um material, provocados pela ação química ou eletroquímica espontânea de agentes do meio ambiente, aliada ou não a esforços mecânicos.

– no caso do alumínio a corrosão, o produto formado pela corrosão adere à superfície do metal, formando uma camada apassivadora e impedindo que o processo corrosivo prossiga. Já o produto da corrosão do ferro se solta da matriz com o tempo, o que permite que toda a peça seja corroída.

Eletroquímica A eletroquímica consiste em todo processo que envolve a transferência de elétrons, sendo, portanto uma reação REDOX (reação de oxirredução). Esta transferência acarreta na variação número de oxidação (Nox) das espécies envolvidas.

Esta reação engloba duas semi reações:

· Semi reação de redução: reação em que uma espécie recebe elétrons

· Semi reação de oxidação: reação na qual uma espécie perde elétrons

Exemplo:

Figura 1 – Reação redox entre prata e cobre

As reações envolvidas:

Cu => Cu2+ + 2é Perda de elétrons

2Ag+ + 2é => 2Ag Ganho de elétrons

Cu + 2Ag+ => Cu2+ + 2Ag Reação Global

Cu => Cu2+ sofre oxidação agente redutor

Ag+ => Ag Sofre redução agente oxidante

Nos casos em que o agente redutor e o agente oxidante estão separados, a transferência de elétrons pode ocorrer através de um fio condutor externo.

Figura 2 – Pilha de Daniell

À medida que a reação ocorre é produzido um fluxo de elétrons que gera uma corrente de elétrons.

PILHAS VOLTAICAS OU GALVÂNICAS: dispositivos nos quais uma reação espontânea de oxirredução produz corrente elétrica.

ELETRÓLISE: Processo no qual uma corrente elétrica produz uma reação redox.

PILHA DE DANIELL: Dispositivo em que um agente redutor e um agente oxidante reagem através de um fluxo de elétrons por um fio contudor (Ver Figura 2). Em cada cuba, um metal é imerso em solução de seu próprio íon. Neste exemplo, tem-se uma pilha de zinco e cobre.

Tempos após a pilha de Daniell ser ligada, é possível observar que:

No eletrodo de cobre:

1. Haverá espessamento da lâmina de cobre; 2. Diminuição da cor azul da solução: íons que davam a cor azul passaram

para a placa de cobre; 3. Eletrodo onde ocorre a redução: catodo!

4. Cu2+ + 2é => Cu

No eletrodo de zinco:

1. Corrosão da lâmina de zinco; 2. Eletrodo onde ocorre a oxidação: anodo! 3. Zn => Zn2+ + 2é

Observando estas duas semi reações, nota-se que os elétrons fluem no circuito externo do eletrodo de zinco para o de cobre.

Anodo => pólo negativo => onde ocorre oxidação => perda de elétronsCatodo => pólo positivo => onde ocorre redução => ganho de elétrons

Ponte salina: Tem a função de impedir que as soluções se misturem e mantém ambas as soluções eletricamente neutras através de uma corrente iônica. É composta por K2SO4 ou outro sal que tenha mesmos íons da solução

das células. O mecanismo é o seguinte: Na semi cela de zinco há excesso de

íons Zn2+ devido à oxidação do zinco. Estes íons são neutralizados pelos íons

SO42- presentes na ponte salina. Já na semi cela de cobre, o excesso de

devido SO42- à redução do cobre, é neutralizado pelos íons K+ presentes na

ponte salina.

2 ½ - Nox – Número de OxidaçãoCarga que o átomo teria se estivesse participando de uma ligação iônica.

Exemplo:

Ligação iônica: NaCl Na+Cl-

Ligação covalente: HCl H+Cl-

OBS: Para os casos de ligação covalente, a separação de elétrons é imaginária!

Regras Práticas para determinação do Nox1. Substâncias simples: O Nox de cada átomo é ZERO

Ex: Cl2 Nox: 0

2. Íons monoatômicos: Nox é a própria carga do íon

Ex: S2- Nox: -2

3. Compostos químicos e íons poliatômicos:

● O = -2

● H= +1

● Metais alcalinos: +1

● Metais alcalinos terrosos: +2

● Alumínio: +3

● Prata: +1

● Zinco: +2

4. Soma algébrica dos Nox dos átomos é igual a carga global da fórmula.

3 - Diferença de Potencial (ddp) de uma pilha ou força eletromotriz (fem)

O funcionamento de uma pilha depende de conectarmos metais com diferentes capacidades de sofrer oxidação (diferentes potenciais de oxidação).

Quanto maior a ddp dos eletrodos, maior será a intensidade de corrente elétrica produzida pela pilha.

A fim de quantificar a ddp, convencionou-se que esta medida seria feita em relação a um eletrodo padrão. O padrão adotado é o da reação do eletrodo de hidrogênio (EPH).

Figura 1 – Eletrodo padrão de hidrogênio

As condições para este padrão são P = 1 atm, [ ] = 1 molar, T = 25ºC (298K) e o eletrodo é representado pela equação abaixo:

2H3O+ + 2é => H2 + 2H2O E0 = 0,00V

Quando se tem o EPH ligado a outro eletrodo em uma pilha, a semi-

reação H2/H3O+ pode ser uma redução ou oxidação, dependendo do potencial

do outro eletrodo.

Tendo o outro eletrodo maior capacidade de oxidação que o H2, o H3O+

será reduzido a H2.

Como o EPH tem, por convenção, potencial padrão (E0) igual a ZERO, a diferença de potencial observada no voltímetro (medidor da ddp entre dois eletrodos) será o próprio potencial relativo ao metal (M).

Possibilidades:

Eletrodo M Eletrodo H2

1. Seta de baixo: Sentido de transferência de elétrons do eletrodo M para o

eletrodo de H2 => o potencial de oxidação do metal (M) será positivo (+).

2. Seta de cima: Sentido de transferência de elétrons do eletrodo de H2

para o eletrodo de M => o potencial de oxidação do metal (M) será negativo (+).

Como uma pilha somente se forma a partir de uma reação espontânea, isto é, reação onde o sentido do fluxo de elétrons é do eletrodo mais reativo para o eletrodo menos reativo, tem-se:

Eletrodo MAIS reativo Eletrodo MENOS reativo

>Potencial oxidação <Potencial oxidação

<Potencial de redução >Potencial de redução

Caso o cálculo da ddp entre determinados eletrodos resulte em número negativo, conclui-se que a reação não é espontânea.

A IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry), recomenda se que trabalhe SEMPRE com potenciais padrão de redução.

O potencial padrão de redução indica a capacidade que o elemento tem de ganhar elétrons, é numericamente igual ao potencial padrão de oxidação com sinal contrário.

Considere a semi-reação:

Zn (s) => Zn2+ + 2é E0oxid = +0,76

E0red = -0,76

Para calcular a ddp de uma pilha a partir dos potenciais de redução dos eletrodos, utiliza-se a seguinte expressão:

ΔE = E0red (catodo) - E

0red (anodo)

Potencial Padrão de ReduçãoRelembrando:

Ø Condição padrão: solução com concentração de 1mol/L, pressão igual a 1 atm, temperatura de 25ºC.

Ø Os elétrons gerados no sítio de oxidação (anodo) são transferidos para o catodo por uma força eletromotriz (fem).

Ø Esta força é gerada pela diferença de potencial (ddp).

Ø O potencial padrão (E0) é a medida da tendência dos reagentes nos respectivos estados padrão, se transformarem nos produtos nos respectivos estados padrão.

Tabela de potencial padrão de redução

Lista diversas semi-reações e seus respectivos potenciais em relação ao eletrodo de padrão de hidrogênio.

Nos casos em que as condições são diversas às condições padrão: corrigir com a equação de Nernst!!!

Equação de Nernst:

E = E0 -

QnFRT ln

Na qual:

R = constante universal dos gases = 8,314 J/K.mol

F = constante de Faraday = 9,648*104 J/mol

T = temperatura em Kelvin

Q = quociente de reação = ][][

reagenteproduto

=[produto]/[reagente]

n = número de elétrons envolvidos

Quando T = 25ºC a equação pode ser resumida a:

E = E0 -

Qn

ln0257,0

A equação de Nernst permite:

1. Calcular o potencial de uma pilha em condições diferentes da condição padrão;

2. Determinar a concentração de reagentes e produtos a partir da medida do potencial de uma pilha.

Tabela de Potenciais Padrão de Redução

OBS: Potenciais padrão em volts

Corrosão: deterioração de um material, geralmente metal, por ação química ou eletroquímica do meio ambiente, aliada ou não a esforços mecânicos. Esta deterioração gera alterações indesejáveis tais como desgaste, variação química, ou modificações estruturais, tornando o material inadequado para o uso.

4 - Formas de corrosãoExistem diversas classificações para as formas de corrosão. Dentre elas pode-se citar:

Quanto à morfologia: uniforme, por placas, alveolar, puntiforme ou por pite, intergranular, filiforme, por esfoliação, grafítica, dezincificação, em torno do cordão de solda, empolamento por hidrogênio.

Quanto às causas ou mecanismos: por aeração diferencial, eletrolítica ou por correntes de fuga, galvânica, associada a solicitações mecânicas (corrosão sob tensão fraturante), em torno de cordão de solda, seletiva (grafítica ou dezincificação), empolamento ou fragilização pelo hidrogênio.

Figura 1 – Principais tipos de corrosão

Quanto aos fatores mecânicos: sob tensão, sob fadiga, por atrito, associada à erosão.

Quanto ao meio corrosivo: atmosférica, pelo solo, induzida por microganismos, pela água do mar, por sais fundidos.

Quanto à localização do ataque: por pite, uniforme, intergranular, intragranular

A caracterização da forma de corrosão auxilia no esclarecimento do tipo de mecanismo e na aplicação de medidas adequadas de proteção!!!

A seguir, uma breve descrição dos 12 principais tipos de corrosão:

1. Uniforme – ocorre uniformemente em toda a extensão da superfície. Há perda uniforme de espessura.

2. Por placas – Localiza-se apenas em regiões da superfície metálica, formando placas com escavações.

3. Alveolar – Produz sulcos ou escavações semelhantes a alvéolos.

4. Puntiforme ou por pite – ocorre em pontos ou pequenas áreas localizadas na superfície metálica. Estas cavidades apresentam o fundo em forma angulosa e têm geralmente a profundidade maior que o diâmetro.

5. Intergranular – ocorre entre os grânulos da rede cristalina do material metálico. Este perde suas propriedades mecânicas e tende a fraturar sob tensão (corrosão por tensão fraturante).

6. Intragranular – ocorre no interior dos grânulos da rede cristalina. Também pode levar a um quadro de corrosão por tensão fraturante.

7. Filiforme – forma de finos filamentos não profundos, que se propagam em diversas direções, mas não se cruzam. Ocorre geralmente em metais revestidos com tintas.

8. Esfoliação - Ocorre em chapas que foram alongadas e extrudadas. A corrosão se propaga paralelamente à superfície, formando folhas, pois o produto de oxidação é volumoso e desprende as diversas camadas do metal. Ocorre principalmente em alumínio.

9. Corrosão grafítica – Ocorre em ferro fundido (ferro + carbono) a temperatura ambiente. O ferro é convertido aos seus produtos de oxidação, restando apenas o grafite. A área corroída torna-se escura, evidenciando o material que não sofreu corrosão.

10.Dezincificação – Ocorre em latão (liga cobre + zinco). Evidenciada pelo surgimento de manchas avermelhadas no latão (amarelo). Sugere que houve perda de zinco

11.Empolamento por hidrogênio – o hidrogênio atômico, devido ao seu pequeno tamanho, passa por regiões de descontinuidades no metal e ao chegar em seu interior, transforma-se em hidrogênio molecular, exercendo pressão e gerando bolhas no interior do material.

12.Em torno do cordão de solda – Ocorre devido ao contato entre dois metais distintos, formando uma pilha na presença de meio corrosivo.

5 - Mecanismos básicos de corrosãoDeve-se levar em consideração na determinação do mecanismo de corrosão:

1. Material metálico – composição química, presença de impurezas, processo de obtenção, tratamentos térmicos e mecânicos, estado da superfície, forma, união de materiais, contato com outros metais.

2. Meio corrosivo – composição química, concentração, impurezas, pH, temperatura, teor de oxigênio, pressão, sólidos suspensos;

3. Condições operacionais – solicitações mecânicas, movimento relativo entre material metálico e meio, condições de imersão no meio (total ou parcial), meios de proteção contra a corrosão, operação contínua ou intermitente.

Ou seja: a corrosão para ocorrer, depende das variáveis nestes três níveis. Determinado metal pode ser corroído em um meio corrosivo e em outro não! Deve-se sempre avaliar caso a caso.

Dependendo da interação entre os três fatores acima, pode-se ter os seguintes mecanismos de corrosão:

Mecanismo eletroquímico

Corrosão em água ou soluções aquosas;

Corrosão atmosférica;

Corrosão no solo;

Corrosão em sais fundidos;

Mecanismo químico

Corrosão de material metálico, em temperaturas elevadas, por gases ou vapores e em ausência de umidade (corrosão seca);

Corrosão em solventes orgânicos isentos de água;

Corrosão de materiais não metálicos.

MECANISMO ELETROQUÍMICO => Há geração de corrente elétrica durante a reação química.

Ocorre em três etapas:

1. Processo anódico: passagem dos íons para a solução;

2. Deslocamento de elétrons e íons: transferência dos elétrons para a região catódica através do circuito metálico e difusão de íons na solução

3. Processo catódico: recepção dos elétrons na área catódica.

MECANISMO QUÍMICO => Reação direta entre o metal e o meio corrosivo, sem geração de corrente elétrica.

Oxigênio: vilão ou mocinho?

O oxigênio não funciona sempre como estimulador de corrosão. Pode funcionar como protetor, visto que certos metais, como cromo, alumínio e titânio em presença de oxigênio, formam óxidos estáveis que se aderem à superfície e impedem que a corrosão prossiga. É isto que faz o aço inox ser inoxidável.

A seguir, encontra-se a descrição dos principais mecanismos:

Corrosão por aeração diferencialEste tipo de corrosão inicia-se devido à variação na concentração de

oxigênio no meio. Esta variação ocorre geralmente em áreas de interface entre dois tipos de meio, como, por exemplo, ar-água e ar-solo.

Neste tipo de corrosão, a área anódica (que sofrerá oxidação, desgaste) será a área menos aerada da peça.

Atenção: a corrosão se processará na região menos aerada e próxima à interface, pois é nesta posição que ocorre a mudança na concentração de oxigênio.

Figura 1 – Posicionamento da corrosão por aeração diferencial em peças parcialmente enterradas

Peças normalmente atacadas por este tipo de corrosão: tubulações parcialmente enterradas, dutos longos que passam por solos com diferentes graus de porosidade (areias e argilas), ou seja, que tem capacidades diferentes de reter água. Embarcações metálicas.

Corrosão eletrolítica ou por correntes de fuga Corrosão causada por correntes de interferência, ou seja, provenientes das vizinhanças do sistema.

Essas correntes, também chamadas de corrente de fuga, estranha, parasita, vagabunda ou espúria são, geralmente provenientes de sistemas de tração elétrica, tais como trens, bondes, metrô.

Esse tipo de corrente é atraído para o sistema (peça metálica) sofrendo assim, um desvio de sua rota comum. Ao retornar à rota usual, ela causa corrosão neste ponto.

Figura 2 – Corrente de fuga

Corrosão galvânica Corrosão provocada por materiais metálicos de potencial de redução diferente em contato com eletrólito. É caracterizada pela formação de pilha.

Este tipo de corrosão acentua a corrosão do material anódico. Ou seja, a corrosão deste material quando exposto às condições acima é mais intensa do que a corrosão que ocorreria se o metal não estivesse em contato com outro metal de maior potencial.

Como funciona:

Dada uma peça composta por dois metais distintos. Por exemplo, uma tubulação remendada na qual o fluido que escoa funciona como eletrólito. O eletrólito, ao escoar, desprende pequenas partículas das paredes da tubulação. Ao se desprenderem, as partículas passam a escoar junto com o fluido e podem aderir novamente na superfície da tubulação. Se a partícula desprendida tiver um potencial maior que a tubulação na qual ela aderiu, ela formará uma pilha e causará corrosão na tubulação.

A corrosão galvânica é potencializada pela turbulência do escoamento, pois a turbulência acelera o desprendimento de partículas e promove o contato da partícula com a parede. Não obstante, a turbulência é um mal necessário, pois garante a mistura do fluido e evita outros problemas no escoamento, como por exemplo, deposição e material e posterior entupimento.

Uma forma de prevenir este tipo de corrosão é evitar o uso de metais distintos em tubulações. Caso esta atitude não seja possível devido à indisponibilidade de material, deve-se considerar o sentido de escoamento ao montar a tubulação. (Ver figura 3).

Figura 3 – Diferentes posicionamentos de metais em tubulações

A figura acima mostra duas configurações de arranjo de tubulações. Na primeira (a), as partículas desprendidas da parede de cobre serão carreadas pelo fluido e entrarão em contato com a parede de aço, que tem menor potencial. Isto causará a corrosão da parede de aço.

Já a segunda configuração (b), evita a corrosão, pois as partículas carreadas de aço têm potencial menor que o do cobre e não afetarão a estrutura da parede da tubulação.

Resumindo: deve-se evitar que o fluido siga de um metal catódico para um metal anódico.

Corrosão em torno de cordão de solda É um tipo de corrosão intergranular que ocorre em regiões próximas à solda (submetidas à alta temperatura).

Como funciona:

Ao aquecer o ferro durante a soldagem, há modificação de sua estrutura pois o carbono presente em sua composição forma carbetos em altas temperaturas. Esta formação de carbetos cria um fenômeno chamado sensitização do ferro. Ou seja, torna a área exposta à solda mais sensível que as outras regiões.

É esta a área que sofrerá corrosão, sendo esta corrosão causada pela diferença de composição entre as duas regiões do ferro.

Corrosão seletiva (grafítica ou dezincificação) Este mecanismo de corrosão ocorre em metais ligas metálicas constituídas por metais de diferentes potenciais de redução. Têm como principal característica a corrosão de um dos componentes e o acúmulo evidente dos demais.

São dois os principais tipos:

• Dezincificação – Ocorre em latão (liga de zinco e cobre), geralmente na presença de soluções salinas e meios ácidos. Há perda de zinco, o que confere tom avermelhado à peça originalmente amarela.

Corrosão Grafífica – Ocorre em ferro cinzento fundido, que é composto por ferro e carbono. Ocorre em temperaturas ambientes, sendo promovida por heterogeneidades na peça. Nela, o ferro sofre oxidação e há acúmulo de grafite (carbono), que é evidenciado pela cor escura que se forma.

Empolamento ou fragilização pelo hidrogênio Ocorre devido à difusão de hidrogênio atômico através da matriz metálica. Por ser muito pequeno, o hidrogênio consegue passar por entre os grãos metálicos que formam a peça. Uma vez no interior da peça, o hidrogênio atômico reage com outro hidrogênio, formando gás hidrogênio, que por ser maior, não consegue sair.

Como é um gás, o hidrogênio formado começa a pressionar a estrutura metálica na tentativa de escapar, o que causa o empolamento da estrutura, ou seja, a formação de bolha.

6 - Proteção contra corrosãoDa mesma forma que a determinação do mecanismo de corrosão

depende de diversos fatores, a escolha do método de proteção também.

A corrosão apresenta conseqüências diretas e indiretas. Muitas delas de caráter econômico, tais quais:

• Substituição de material corroído;

• Paralisação do equipamento por falhas ocasionadas pela corrosão;

• Emprego de manutenção preventiva – pintura, adição de inibidores de corrosão, revestimentos;

• Contaminação ou perdas de produtos,

• Perda da eficiência do equipamento (caldeiras, trocadores de calor, bombas, etc.)

De modo geral a proteção de peças contra corrosão tem caráter preventivo. Prefere-se evitar que a corrosão do material ocorra a reverter o quadro.

São dois grandes grupos de métodos de proteção: físicos e químicos.

Os métodos mais comumente utilizados encontram-se a seguir:

Métodos baseados na modificação do processo• Projeto da estrutura – pode ser utilizado em meio atmosférico,

aquoso ou subterrâneo.

• Condições da superfície – ser utilizado em meio atmosférico, aquoso ou subterrâneo.

• Aplicação de proteção catódica – em meio aquoso ou subterrâneo

Métodos baseados na modificação do meio corrosivo• Aeração da água ou solução neutra – meio aquoso;

• Purificação ou diminuição da umidade do ar – meio atmosférico;

• Adição de inibidores de corrosão – meio aquoso.

Métodos baseados na modificação do metal• Aumento da pureza

• Adição de elementos (liga)

• Tratamento térmico

Métodos baseados nos revestimentos protetores• Revestimentos com produtos da reação – tratamento químico

ou eletroquímico da superfície metálica – meio atmosférico ou aquoso;

• Revestimentos orgânicos – tintas, resinas ou polímeros – meio aquoso, atmosférico ou subterrâneo

• Revestimentos inorgânicos – esmaltes e cimentos – meio aquoso, atmosférico e subterrâneo;

• Revestimentos metálicos – meio atmosférico, aquoso e subterrâneo;

• Protetores temporários – meio atmosférico

A escolha do método é econômica. A proteção será vantajosa se o custo de manutenção baixar!

A seguir, os principais métodos de proteção.

Inibidores de corrosãoUtilizados na modificação do meio corrosivo. São substâncias ou

misturas de substâncias que em concentrações adequadas, no meio corrosivo, evitam ou reduzem a corrosão.

Vantagem: Não há necessidade de modificações no equipamento nem no processo.

O que levar em conta na escolha de um inibidor de corrosão?

• Aumento da vida útil dos equipamentos

• Eliminação de paradas programadas

• Prevenção de acidentes decorrentes de fraturas por corrosão

• Ausência de contaminação do produto

Verificar também a compatibilidade com o processo:

• Redução da ação de catalisadores

• Queda de eficiência térmica

• Possibilidade de um inibidor proteger um material metálico e atacar outro

Classificação dos inibidores

Quanto à composição:

• Inibidores orgânicos

• Inibidores inorgânicos

Quanto ao comportamento:

• Inibidores anódicos – reprimem reações anódicas. Reagem com o produto da reação inicialmente formado, gerando uma camada insolúvel que adere à superfície do metal. Também chamados de passivadores. Dentre os mais utilizados, pode-se citar os cromatos.

• Inibidores catódicos – reprimem as reações catódicas. Fornecem íons metálicos que reagem com a alcalinidade do catodo, formando substâncias insolúveis, que se depositam sobre o catodo e impedem a transferência de elétrons.

• Inibidores de adsorção – formam películas protetoras. São afetadas por diversos fatores, tais como: velocidade do fluido, concentração do inibidor, temperatura do sistema, tipo de metal, composição do fluido.

Modificações de processo, de propriedades e de metais de projetos

Compatibilidade de metais e meios

Modificações de projetos

Modificações realizadas no projeto, ou seja, antes do equipamento ser construído!!

Conjunto de atitudes tomadas para evitar, prever e sanar a corrosão. Deve-se considerar a compatibilidade do metal com o meio em que o equipamento será exposto.

Dentre as práticas pode-se citar:

Sempre deixar uma folga na espessura do equipamento, que possa ser corroída.

Evitar quinas vivas na peça.

Evitar que o fluxo de fluido incida diretamente sobre a peça.

Uso de soldas contínuas.

Evitar contato direto de materiais metálicos de diferentes potenciais.

Facilitar a drenagem do líquido.

Figura 2 – Alguns procedimentos para evitar a corrosão de equipamentos

RevestimentosEngloba a maioria dos métodos. Consiste em intercalar uma barreira

entre o metal e o meio corrosivo.

Para garantir a eficiência da película protetora, deve-se garantir que a superfície a ser revestida encontra-se completamente limpa e isenta de corrosões, ou seja, o preparo da superfície.

A superfície deve estar livre de ferrugem, graxa, umidade e sujidades.

Revestimentos metálicos

• Imersão a quente – revestimento obtido por imersão da peça em metal quente, fundido.

o Aluminização – revestimento do aço carbono com alumínio.

o Zincagem ou galvanização – revestimento com zinco.

• Eletrodeposição – revestimento muito fino e livre de poros. O material a ser protegido é colocado como catodo em uma cuba eletrolítica, onde o eletrólito contém o sal do metal que servirá de revestimento.

Revestimentos não metálicos inorgânicos

São depositados diretamente sobre o material a ser protegido. Os principais são: esmaltes vitrosos, vidros, cimentos, porcelanas e óxidos.

Anodização – camada de óxido de alumínio que se forma e fica aderida à superfície. Outro exemplo é o aço inox, no qual se forma uma camada de óxido de cromo.

Cromatização – A peça é exposta à solução de cromo, para que este se deposite sobre sua superfície e depois se oxide e forme a camada protetora.

Fosfatização – Aplicação de camada de fosfato sobre vários materiais metálicos

Revestimentos não metálicos orgânicos – Tintas e polímeros

Vantagens da aplicação de tintas:

Finalidade estética

Auxílio na segurança industrial

Sinalização

Impedir a incrustação em ambientes marinhos

Impermeabilização

Diminuição da rugosidade superficial

As tintas oferecem diversos mecanismos de proteção. Dentre eles:

Barreira

Inibição – Passivação anódica – a própria tinta funciona como inibidor anódico.

Eletroquímico – Proteção catódica – aqui a tinta funciona como inibidor catódico.

Medidas para aumentar a vida útil de um sistema de pintura anticorrosiva

Adequado preparo da superfície

Maior espessura possível

Tintas de alto padrão técnico

Manutenção cuidadosa

7 – Métodos de proteção especiais

Proteção catódicaCombate à corrosão de instalações metálicas enterradas, submersas e

em contato com eletrólitos. Com a proteção catódica pode-se manter estas instalações livres de corrosão por tempo indeterminado sem necessidade de revestimento, mesmo em meios extremamente agressivos

Esta técnica possibilita o controle seguro da corrosão em instalações que, por estarem enterradas ou imersas, não podem ser inspecionadas ou revestidas periodicamente

Embora seja uma técnica eficiente mesmo sem revestimentos, ela é usada como complemento à proteção fornecida pelos mesmos. São, portanto, usados em conjunto.

Mecanismo:

O processo corrosivo de uma estrutura metálica caracteriza-se sempre pelo aparecimento de áreas catódicas e anódicas na superfície do metal, com a conseqüente geração de corrente elétrica.

O surgimento dessas correntes é principalmente provocado pelas heterogeneidades do material e do meio, sendo as principais o grau de aeração, a composição química e o grau de umidade. Vale lembrar que a taxa de corrosão é proporcional à intensidade destas correntes.

Desta forma, a proteção catódica propõe-se a eliminar o surgimento das correntes provenientes de regiões catódicas e anódicas da peça fazendo com que toda a estrutura se comporte como catodo.

Como o fluxo de elétrons no interior da peça deixa de existir, a corrosão é completamente eliminada. Isto é feito através do fornecimento de corrente externa.

Métodos:

São dois os métodos existentes:

• Proteção catódica galvânica ou por anodos galvânicos ou de sacrifício;

• Proteção catódica por corrente impressa ou forçada.

Proteção catódica galvânica O fluxo de corrente elétrica fornecido é proveniente da diferença de

potencial existente entre o material a proteger e outro escolhido como anodo e que tem potencial mais negativo na tabela de potenciais.

Os materiais mais utilizados como anodos de sacrifício são: magnésio, alumínio e zinco e devem satisfazer às seguintes exigências:

• Bom rendimento teórico da corrente em relação à massa consumida;

• A corrente não deve diminuir com o tempo (formação de películas);

• Rendimento prático da corrente não deve ser muito inferior ao teórico.

Figura 1 – Sistema com anodo de sacrifício para tubulação subterrânea

Proteção catódica por corrente impressaO fluxo de corrente fornecido é proveniente de uma fonte geradora de

corrente elétrica contínua. Para que a corrente elétrica chegue à peça a ser protegida, são utilizados anodos especiais, inertes.

A vantagem deste método é que é possível escolher uma corrente elétrica adequada para os mais diversos tipos de materiais, mesmo que sejam necessárias correntes altíssimas para sua proteção.

Figura 2 – Sistema de proteção por corrente impressa em tubulação subterrânea

Escolha do método de proteção catódica

Proteção anódicaFormação de película protetora, nos materiais metálicos, por aplicação

de corrente anódica externa. Possibilita formação de camada (filme) passivadora (camada de óxido que se adere a supefície do metal).

Para que a proteção anódica seja aplicável, deve-se:

• O material metálico deve apresentar passivação no meio corrosivo em que será aplicado

• Todas as partes expostas devem tornar-se passivas para não causar ataque localizado.

A proteção anódica faz com que a dissolução do filme seja impossível e em caso de falhas no filme, ele é imediatamente recuperado pela formação de nova camada passivadora.

Cuidado com o potencial aplicado: se for baixo não resolve, se for alto dissolve a peça!

A corrente inicialmente aplicada deve ser alta para promover a rápida formação da camada passivadora e após isso é baixa, apenas para manter a película.

Figura 3 – Sistema de proteção anódica em tanque

A proteção anódica só pode ser utilizada em metais que formam camada passivadora, tais quais o ferro, níquel, cromo, titânio e as respectivas ligas, ao passo que a proteção catódica pode ser utilizada para qualquer tipo de material.

8 – Referências Bibliográficas● Notas de aula Professora Sandra, Físico Química 2. CEFETEQ – Curso

Técnico em Química Industrial, 2003

● Notas de aula Professora Sheila, Corrão. CEFETEQ – Curso Técnico em Química Industrial, 2004

● GENTIL, Vicente. Corrosão. 3ª Edição, LTC, Rio de Janeiro.