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Centro Universitrio Padre Anchieta

Controle de Processos Qumicos

Cincia dos Materiais

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CORROSO

3.1 INTRODUO

Corroso um processo natural e resulta da inerente tendncia dos metais

reverterem para sua forma mais estvel, normalmente xidos. A maioria dos metais

encontrada na natureza na forma de compostos estveis como xidos, sulfetos, silicatos

etc..., denominados minrios.

Durante o processo de extrao e refino, adicionada uma quantidade de energia ao

minrio para extrair o metal ou metais, nele contido. esta mesma energia que possibilita o

aparecimento de foras capazes de reverter o metal sua forma primitiva de composto mais

estvel.

A corroso causa a deteriorao progressiva dos materiais, em especial, dos

materiais metlicos em conseqncia de reaes qumicas e eletroqumicas entre o material

e o meio ambiente (vizinhana do material). Em industrias qumicas o elemento que causa,

a maior parte das vezes, desgastes por corroso nos equipamento de processo o prprio

fluido de trabalho, so estes, geralmente, os processos corrosivos mais graves e difceis de

serem controlados.

Como a corroso um processo entrpico, ou seja, ocorre espontaneamente,

conclumos que o problema da corroso (o qual inevitvel) um problema econmico,

devemos buscar os meios prticos mais econmicos de conviver com ela.

Os recursos para o controle da corroso so: um projeto do equipamento de

processo bem feito, onde se leva em conta o problema da corroso; tomar as devidas

providncias na fabricao do equipamento tentando contornar ou minimizar os problemas

com a corroso e finalmente tentar controlar a corroso no equipamento quando este est

em operao.

Algumas das perdas (diretas e indiretas) advindas do processo corrosivo so: quebra

de equipamento e prejuzos a isto associados; substituio prematura de equipamentos com

reflexos no custo industrial; paralisao inesperada do equipamento causando transtornos

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no planejamento de produo; perda de um produto contaminado com os resduos da

corroso; perda de eficincia dos equipamentos de processo devido a incrustaes que

causam o aumento do atrito e a reduo da transferncia de calor

A seleo de materiais para o equipamento de processo com uma maior resistncia

corroso pode, ou no, ocorrer num custo mais elevado do que os custos industriais da

corroso. sempre indispensvel considerar as perdas diretas e indiretas do processo

corrosivo na seleo dos materiais.

A corroso tambm constitui risco de segurana quando a falha ocorre em partes

crticas de um meio de transporte, alm da conservao dos recursos materiais. Cerca de

da produo de aos de todo mundo destinada reposio de material destrudo por

corroso.

3.2 CORROSO QUMICA E ELETROQUMICA

A corroso pode ser subdividida em corroso eletroqumica (corroso mida) e

corroso qumica levando em conta suas caractersticas fsico-qumica.

3.2.1 Corroso Eletroqumica

A corroso eletroqumica necessita de quatro componentes que formam um circuito

fechado so eles: anodo, catodo, eletrlito e circuito metlico, veja a figura 3.1

Figura 3.1 Desenho esquemtico de uma pilha

de corroso

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Anodo: o plo negativo de um sistema eletroltico, doador de eltrons.

Catodo: o plo positivo de um sistema eletroltico, receptor de eltrons

Eletrlito: substncia que dissolvida em gua separa-se em um ou mais ons

possibilitando a conduo eltrica

Circuito metlico: um circuito que une o catodo e o eletrodo com baixa resistncia

eltrica

A corroso eletroqumica dar-se- na existncia destes quatros componentes por

estabelecer uma corrente eltrica entre o catodo e o anodo, o que provocar um desgaste do

anodo, que ser o elemento corrodo, enquanto o catodo ser o elemento protegido.O anodo e o catodo podero ser peas de metais diferentes ou partes de uma mesma

pea metlica, prxima ou distante entre si. Contudo sempre necessrio estabelecer uma

diferena de potencial entre o catodo e o anodo para que haja o surgimento de uma corrente

eltrica (caso no haja corrente, no haver corroso).

A diferena de potencial entre o anodo e o catodo pode ser a estabelecida por:

Irregularidades microscpicas na superfcie do material Diferena de tenses na pea metlica Diferena de tratamento trmico de uma regio para outra Diferena da deformao a frio na pea metlica Diferena de acabamento superficial Diferena de temperatura, umidade, aerao ou iluminao na pea Contacto de metais ou ligas metlicas diferentes. Defeitos ou falhas no revestimento protetor ou camada passivadora Heterogeneidade do fluido de trabalho

A causa mais comum do estabelecimento da diferena de potencial so as

irregularidades microscpicas do material metlico. Essas irregularidades so as diferenas

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entre os gros (tamanho, orientao, composio qumica, fases) que sempre existem nos

materiais, assim surgir uma enormidade de pilhas de corroso entre os gros vizinhos da

superfcie metlica que se espalhar por toda a pea. Os metais puros e ligas monofsicasso mais resistentes a corroso por apresentarem apenas uma fase. No caso de metais

polifsicos haver sempre a diferena de fases entre gro, por exemplo o ao carbono

constitudo basicamente por ferrita e cementita (carboneto de ferro) onde os primeiros sero

os anodos e o segundo o catodo.

Alm da diferena de potencial eltrico entre gros, sempre haver diferena de

potencial entre o interior do gro e sua periferia (contorno do gro) devido diferena de

concentrao na composio qumica e no arranjo desordenado dos contornos

Em resumo pode-se dizer que qualquer heterogeneidade na pea metlica ou na sua

vizinhana causa o aparecimento de uma diferena de potencial que poder formar uma

pilha de corroso caso os quatros componentes (catodo, anodo, eletrlito, circuito

metlico) estiverem presentes.

3.2.2 Corroso Qumica

A corroso qumica aquela que no necessita do transporte de eltrons atravs de

um eletrlito para ocorrer, ela tambm chamada de ataque qumico, pois ocasionada por

reaes qumicas diretas do material com o meio corrosivo, por exemplo: a dissoluo de

alguns metais em meios cidos e a corroso por gases em altas temperaturas. Para os

equipamentos de processo, os agentes mais comuns do ataque qumico so os gases a alta

temperatura que causam diversas reaes como: oxidao, carbonetao, sulfetao etc...,

dependendo da natureza dos gases.

A corroso qumica assume geralmente a forma de corroso uniforme (ver corroso

uniforme) com um desgaste igual de toda a superfcie exposta e ativada pelo aumento da

temperatura, sendo, em geral, pouco importante para temperaturas abaixo de 400 0C.

Quase todos os metais e ligas usuais esto sujeitos a oxidao em temperaturas

elevadas. Em temperaturas ambiente e moderada, a pelcula de xido fina e protetora.

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Com o aquecimento essa pelcula vai aumentando de espessura at formar escamas e

crostas que se destacam do metal devido a diferena de dilatao trmica, expondo

novamente o metal, tornado impossvel a utilizao do metal acima de uma certatemperatura, conhecida como temperatura de formao de carepa.

A sulfetao provocada por atmosferas sulforosa consiste na formao de sulfetos

na superfcie metlica. , em geral, bem mais agressiva que a oxidao, porque o filme de

sulfetos menos aderente e pode, eventualmente, fundir-se em temperaturas elevadas.

A carbonetao causada por atmosferas contendo CO ou CO2 e pode resultar em

fragilizao dos aos, devido formao e precipitao de carbonetos metlicos.

3.3 FORMAS DE CORROSO ELETROLTICAS

A corroso eletroltica apresenta uma grande variedade de formas. Apresentaremos

a seguir algumas das principais formas de corroso eletroltica

Figura 3.2

Corroso sob tenso

Corroso em frestas

Corroso por pitesPea no corroda Corroso uniforme

Meio corrosivo

anodo catodo

Corroso galvnica

Cavidade confinada

Corroso-eroso

Jato de fluidocorrosivo

Estruturaesponjosa

Trincas ramificadasmicroscpicas

Corroso seletiva

Gros destacados

Corroso intergranular

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3.3.1 Corroso Uniforme:

Na corroso uniforme, a perda de espessura da pea metlica aproximadamente

constante em toda a pea, Nessa forma de corroso a diferena de potencial causada

pelas irregularidades microscpicas na estrutura metalrgica, milhes de anodos e catodos

esto espalhados por toda a superfcie do metal em contato com o meio eletroltico. Veja a

figura 3.2.

Embora a mais comum das corroses, este tipo de corroso no , em geral, a mais

perigosa, por ser facilmente diagnosticada por medidas da espessura das peas metlicas.

A ferrugem em peas de ferro e ao assume normalmente a forma de corroso

uniforme, sendo esta forma a mais encontrada em materiais no passivveis

3.3.2 Corroso por pites

Essa forma de corroso localizada consiste na formao de cavidades de pequeno

dimetro e maior profundidade na pea metlica. uma forma de corroso que no h

perda da espessura da pea. A corroso por pites caracterstica (embora no exclusiva) de

materiais passivveis, isto , dos materiais que apresentam, devido a passivao, grande

resistncia a corroso uniforme.

A causa da corroso por pites a existncia de pequenas reas no material,

altamente andinas em relao s reas catdicas adjacentes. Entre os motivos que causam

a corroso por pites pode-se citar: danificao ou destruio da camada passivadora,

defeitos superficiais locais no material, defeitos que permitam a penetrao do meio

corrosivos, ou a formao de crostas.

A corroso alveolar uma variante da corroso por pites onde a cavidades

apresentam um maior dimetro e uma menor profundidade.

3.3.3 Corroso por tenso

A corroso sob tenso uma forma de corroso grave que provocada pela

existncia de tenses de trao de um certo valor em algumas regies da pea metlica.

Manifesta-se pelo aparecimento de trincas perpendiculares direo da trao (figura 3.2),

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podendo as trincas ser intergranulares, transgranulares ou ramificadas. As trincas vo

aumentando e propagando at causarem a ruptura da pea.

Para essa forma de corroso ocorrer necessrio a presena simultnea de trs

fatores:

tenso de trao elevada, meio corrosivo, metal suscetvel

E pode ser agravada por:

aumento dos valores do limite de escoamento e da dureza do material, aumento do nvel de tenso de trao aumento da concentrao e temperatura do meio corrosivo.

A corroso sob tenso tem aumentado muito ultimamente por conseqncia do

aparecimento dos aos de alta resistncia e dos novos cdigos de projetos, que permitem

tenses mais elevadas

Quando as trincas ocasionadas pela corroso sob tenso so iniciadas impossvelinterromp-las assim para os casos graves recomenda-se a utilizao de materiais mais

resistentes a corroso. J nos casos menos graves podem-se usar materiais menos

resistentes corroso, mas indispensvel um cuidadoso tratamento trmico de alivio de

tenso. Um outro recurso auxiliar o martelamento de toda a superfcie de contacto com o

meio corrosivo. O martelamento resulta em produzir tenses de compresso, da ordem do

limite de escoamento, em uma camada superficial do material com cerca de 0,5mm de

espessura.3.3.4 Corroso Galvnica

a corroso caracterstica que se d quando dois materiais ou duas ligas diferentes

esto em contacto mutuo em um meio eletroltico, formando uma pilha passiva-ativa, na

qual o material menos nobre (anodo) corrodo.

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A corroso galvnica tanto mais intensa quanto mais distanciados entre si

estiverem os dois materiais na srie do potencial eltrico (ver tabela 3.1) ou quanto melhor

condutor de eletricidade for o meio eletroltico.

Tabela 3.1 SERIE GALVNICA

METAL VOLT

Magnsio comercialmente puro -1.75

Liga de Magnesio (6% Al, 3% Zn, 0.15% Mn) -1.60

Zinco -1.10

Liga de Alumnio (5% Zn ) -1.05

Alumnio comercialmente puro -0.80

Ao doce (limpo e lustroso) -0.5 0.80

Ao doce (enferrujado) -0.4 0.55

Ferro Fundido Branco -050

Chumbo -050

Ao comum inserido no concreto -0.20

Cobre, lato, Bronze -020

Ao comum com carepa de laminao. -0.20

A parte superior da tabela a extremidade andica e a extremidade inferior a catdica

A intensidade da corroso galvnica depende tambm da relao da rea entre o

metal andico e o metal catdico. Para o mesmo par de materiais a corroso mais intensa

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quando a rea andica for muito menor, porque haver, nesse caso, a corroso localizada de

pequena rea.

A corroso galvnica geralmente controlada pela colocao uma junta ou arruela

ou outro material dieltrico (borracha, plsticos, etc) entre os dois metais ou pela colocao

de anodos de sacrifcio. Anodos de sacrifcio so constitudos por elementos de metais

altamente (srie galvnica) andico, e que, por isso, so corrodos preferencialmente,

protegendo o equipamento. A colocao dos anodos de sacrifcio dispendiosa por obrigar

uma constante inspeo e troca dos anodos.

3.3.5 Corroso Seletiva

um nome genrico para designar algumas formas de corroso preferencial, nas

quais apenas um dos elementos de uma liga metlica corrodo. O resultado da corroso

seletiva uma estrutura esponjosa sem nenhuma resistncia mecnica. Alguns exemplos de

corroso seletiva so:

- Dezincificao: ocorre em lates com mais de 20% de Zn em contacto com guasalgada e com cidos nos quais o zinco atacado.

- Corroso graftica : ocorre em ferros fundidos cinzentos em contacto com meios: cidose gua salgada. O ferro atacado e o material fica reduzido a uma estrutura composta

de carbono livre e carbonetos.

3.3.6 Corroso em frestas

A corroso em frestas uma forma localizada de corroso que ocorre quando

pequenas quantidades de um meio corrosvel ficam retidas ou estagnadas em frestas,

cavidades ou quaisquer espaos confinados, ou seja, onde o fluxo de fluido corrosvel

muito difcil ou nulo, e o suprimento de oxignio fica assim diminudo.

No interior da fresta, ocorrem reaes eletrolticas que modificam a composio do

eletrlito, tornando-o mais cido. A diminuio do pH permite a ruptura da camada

passivadora dos aos inoxidveis, resultando em intensa corroso localizada.

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Cavidade com abertura maior que 3 mm, em geral, no oferecem riscos, A corroso

, principalmente grave para cavidades em forma de frestas, sendo o ataque tanto maior

quanto menor for a abertura da fresta e quanto maior for sua profundidade.

A corroso em frestas tambm chamada de corroso sob contacto de corroso por

clula de concentrao e de corroso intersticial.

3.3.7 Corroso Intergranular

Corroso que ocorre quando a velocidade de corroso das reas de contorno de

gros (metalrgicos) de uma liga excede quela do interior do gro. Este fenmeno

ocasiona a migrao de elementos em direo aos contornos de gros e o conseqente

empobrecimento da matriz metalrgica

A corroso intergranular acontece principalmente nos aos inoxidveis expostos em

alguns meios corrosivos (capitulo sobre aos inoxidveis), quando a periferia do gro fica

com menor quantidade de cromo livre do que o interior dos gros, tornando-se assim,

regies andicas, aonde vo se formar trincas.

A corroso incisiva, tambm chamada de Corroso de fio de faca uma variante

da corroso intergranular, que ocorre nos aos inoxidveis austenticos estabilizados,

apresentando-se, apenas, em uma faixa estreita ao longo das soldas. tambm causada pela

diminuio do cromo livre.

3.3.8 Corroso-Eroso

Quando os fluidos esto em velocidades acima de um certo valor limite ou em

movimento turbilhonar intenso, aparece essa forma especial de corroso (ver figura 3.1)

denominada de corroso-eroso, devido desagregao do filme passivador ou de outro

revestimento protetor. A intensidade do ataque da corroso-eroso proporcional ao cuboda velocidade do fluido e mxima para incidncias de 20 a 30 graus.

A corroso por turbulncia e a corroso sob atrito so variante da corroso-eroso.

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3.3.9 Corroso Bacteriolgica

Tambm chamada de biocorroso, so formas de corroso devido ao de

microorganismos, que podem atacar materiais metlicos de varia maneiras entre as quais:

- Produzindo cidos minerais (H2SO4, H2S etc) ou cidos orgnicos (actico, frmico)- Destruindo a camada passivadora ou revestimentos protetores- Despolarizando reas catdicas pelo consumo de hidrognio

Corroso microbiolgica refere-se corroso e perda de metal causada por

microorganismos. caracterizada por pequenas colnias dispersas. Ex. corroso da hlice

de barcos quando microorganismos a ela se agregam liberando ou absorvendo oxignio.Este fenmeno particularmente observado em indstrias de conservas alimentcias.

A biocorroso pode ocorrer depois do teste hidrosttico, caso a gua do teste esteja

contaminada, recomenda-se o uso de biocidas ou clorao nas guas de teste hidrostticos.

3.4 FATORES QUE INFLUENCIAM A CORROSO

Existem vrios fatores que influenciam o fenmeno da corroso, abaixodiscutiremos alguns destes fatores. Novamente relembro que a corroso um processo que

se d na superfcie do material, assim, a corroso influenciada pelas caractersticas do

meio corrosivo ao seu redor. No caso de equipamentos de processo, a maior parte das

vezes, o meio corrosivo o prprio fluido de trabalho.

As caractersticas do fluido que influenciam no processo de corroso so entre

outras, sua natureza, temperatura, concentrao, impurezas, umidade, velocidade.

Em geral a corroso mais severa para as altas concentraes de fluidos, contudo

para fluido cidos pode haver violenta corroso dos materiais mesmo para pequenas

concentraes. A presena de impurezas no fluido pode atenuar ou agravar a corroso,

mais freqente o agravamento. A presena do oxignio benfica se o metal puder ser

passivado pela formao de xidos, caso contrrio o oxignio agrava a corroso. A

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presena de gases dissolvidos ou slidos em suspenso no fluido em geral agrava a

contaminao.

Em geral o aumento da temperatura agrava a corroso. Cabe ressaltar que para

temperaturas acima da temperatura de orvalho, as formas de corroso eletroqumicas no

ocorreram. Contudo quando os equipamentos so parados a temperatura decresce e pode

ficar menor que a temperatura de orvalho causando intensa corroso nestes momentos.

Para que a corroso eletroqumica ocorra necessrio a presena de umidade, assim,

a umidade agravante da corroso. Cabe ressaltar que a umidade pode reagir com gases

poluentes da atmosfera gerando cidos.

Quando a velocidade do fluido baixa e sem turbilhonamento, aparecer na parede

do material a camada de aderncia, a qual serve de proteo contra a corroso, contudo se a

velocidade for muito baixa ou nula poder ocorrer a corroso por fretas (ver item 3.3.6).

Para velocidade acima de um certo valor, ocorrendo ou no o turbilhonamento, essa

arrancar as crostas e escamas formados na superfcie do material, agravando a corroso.

De forma geral quando o material metlico for sujeito a corroso sob tenso (ver

item 3.3.3) ela ser agravada caso a freqncia cclica das tenses for aumentada ou se a

prpria tenso de trao for elevada.

Um outro fator que influencia a corroso o acabamento da pea metlica,

principalmente da forma de corroso por pites (ver item 3.3.2) quanto melhor o acabamento

menor a corroso.

As regies de interface com gases (lquido-gs e solo-gs) sempre so mais sujeitas

a presena do fenmeno de corroso, pois nestas regies haver a dissoluo dos gases que

variaram a natureza dos solos e lquidos. Tambm na interface haver a diferena de

potencial causada pela diferena entre a parte seca e a parte molhada da pea (ver item

3.2.1).

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3.5 CONTROLE DA CORROSO EM EQUIPAMENTOS DE PROCESSO

Como j havamos mencionado o processo de corroso um processo natural por

isso impossvel impedir o surgimento de todas as formas de corroso. De uma maneira

geral um bom projeto do equipamento de processo ser meio caminho andado no controle

da corroso.

Algumas providncias que deveram ser tomadas para o controle de corroso j no

projeto so:

Sempre que econmico preferir matrias mais resistentes a corroso

Empregar revestimentos protetores (cladeamento, galvanizao alonizao etc) Quando possvel realizar a proteo catdica que consiste na transformao de uma

pea no catodo de uma pilha de corroso

Evitar cavidade onde o fluido possa ficar retido Dar preferncia a trajetria aerodinmicas de regime laminar para os fluidos Evitar pontos de concentrao de tenses, causados na maioria das vezes por

descontinuidades geomtricas, soldas descontinuas ou por cargas concentradas.

Evitar o contacto ou soldagem de materiais ou ligas metlicas diferentes Projetar dispositivos de inspeo para vasos tanque e outros reservatrios. Evitar: juntas, gaxetas e outras peas que possam reter fluidos corrosivosCaso o controle da corroso no seja econmico estimar uma margem de corroso, que

consiste no calculo de uma espessura extra da pea metlica, a qual poder ser sacrificada

sem prejudicar a resistncia mecnica da pea.

3.6 CONTROLE DA FORMAS DE CORROSO

Corroso Uniforme: seleo de materiais para os casos graves, margem paracorroso para os casos correntes.

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Corroso por pites: seleo de materiais para os casos graves, detalhes de projeto,polimento superficial, e evitar regies estagnadas

Corroso sob tenso: seleo de materiais para os casos graves, tratamentostrmicos de alvio de tenso, martelamento, evitar concentradores de tenso.

Corroso seletiva: seleo dos materiais Corroso em fretas: seleo de materiais para os casos graves, detalhes de projeto

para os casos correntes

Corroso galvnica: evitar o contato de metais diferentes, utilizao de anodos desacrifcio

Corroso intergranular: seleo de materiais mais resistentes a corroso Corroso-eroso: seleo de materiais para os casos graves, detalhes de projeto,

emprego de sobre espessura de sacrifcio, utilizao de revestimentos internos

anticorrosivos.

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