O que corroso

O que corroso? (I)

As pessoas tm as mais diversas respostas para "O que corroso". Alguns dizem que oxidao, outras dizem que um ataque qumico, enquanto alguns dizem que um fenmeno eltrico, a eletrlise. Cada uma dessas respostas parcialmente verdadeira. Excetuando alguns tipos no usuais de corroso, como bacteriana ou por ataque qumico direto, pode-se dizer que a corroso, como normalmente encontrada numa tubulao metlica, , basicamente, um processo eletroqumico por natureza.

Uma tubulao essencialmente um pedao de metal envolvido por um eletrlito. Ao longo do tempo, os potenciais eltricos podem variar de um ponto da tubulao para outro, como resultado da existncia de reas andicas e catdicas. Estas reas de diferentes potenciais eltricos so a base para uma clula de corroso.

Algumas condies especificas devem estar presentes antes que uma clula de corroso passe a atuar:

1. Existncia de um anodo e de um catodo.

2. Existncia de um potencial eltrico entre o anodo e o catodo. (Este potencial pode ter diversas origens em tubulaes.)

3. Deve existir um caminho metlico conectando eltricamente o anodo e o catodo.

4. O anodo e o catodo devem estar imersos num eletrlito eletricamente condutivo. A mistura de solo comum ou gua, circundando as tubulaes, o suficiente, normalmente, para preencher estas condies.

Desde que estas condies estejam presentes, uma clula de corroso criada, uma corrente eltrica fluir, e metal ser consumido no anodo. Se uma dessas quatro condies for removida, a corroso interrompida.

- Figura 01 -

O anodo e o catodo de uma clula de corroso podem estar afastados entre si por alguns centmetros ou metros, dependendo da origem da causa da diferena de potencial entre os dois pontos. A taxa de corroso diretamente proporcional taxa do fluxo de corrente. A taxa do fluxo de corrente afetada por diversos fatores; entre estes: resistividade do solo, eficincia do revestimento da tubulao.

A presso eltrica entre o anodo e o catodo, resulta numa migrao de eletrons do anodo para o catodo, ao longo do caminho metlico. No anodo, com a perda de eltrons, permanecem tomos de carga positiva de ferro que se combinam com ons do ambiente carregados negativamente (HO-), formando hidrxido ferroso, que, por sua vez, normalmente, reage a seguir para formar hidrxido frrico (Ferrugem).

No catodo, um acrscimo de eletrons chegaram do anodo. Este acrscimo de ons carregados negativamente se combinam com ons de hidrognio, do ambiente, carregados positivamente, formando hidrognio (H2). Este hidrognio no catodo a base do filme de polarizao, como ser detalhado mais tarde.

Para uso prtico, o fluxo de corrente definido em termos do conceito convencional, que contrrio ao conceito atual de fluxo de eltrons. A Figura 1 mostra a direo convencional, de + (mais positivo) para - (mais negativo) na parte metlica do circuito. O circuito completado pelo eletrlito. A Figura 2 e Figura 2A so representaes esquemticas da corroso, mostrando a direo da corrente na sua forma convencional.

- Figura 02 -

- Figura 02A -

Os seguintes pontos devem ser lembrados em termos de fluxo de corrente convencional:

1. O fluxo de corrente convencional, no circuito metlico, ser no sentido do catodo para o anodo;

2. O fluxo de corrente convencional, no eletrlito, ser no sentido do anodo para o catodo;

3. O metal consumido onde a corrente deixa a estrutura para entrar no eletrlito que a envolve;

4. O metal que recebe corrente suficiente do eletrlito envolvente no corrodo.

O que corroso? (II)

Clula de Corroso de Metal Dissimilar

A clula mais simples de visualizar a clula de corroso de metal heterogneo. Esta clula pode ser criada quando metais diferentes so empregados na construo de uma tubulao, desde que exista um contato eltrico entre eles e desde que eles estejam em contato com um eletrlito comum (solo ou gua). Sob tais condies, pode-se esperar que em qualquer par de metais exista um potencial eltrico entre eles. A magnitude deste potencial, e qual dos metais desr andico, ir normalmente depender da posio dos metais na srie de fora eletromotiva.

A posio relativa destes metais mostrada na "Srie Galvnica Prtica". Todos os potenciais so medidos tendo como referncia um eletrodo padro de cobre-sulfato de cobre (ou "meia-clula") comumente usado em teste de controle de corroso de tubulaes no campo.

Srie Galvnica Prtica

METALVOLTS ( * )

Magnsio comercial puro-1.75

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

Zinco-1.10

Liga de Alumnio (5% Zn)-1.05

Alumnio comercial puro-0.80

Ao acalmado (limpo e brilhante)-0. 5 a -0. 8

Ao acalmado (enferrujado) -0.4 a -0.55

Ao fundido (no grafitado)-0.50

Chumbo-0.50

Ao acalmado em concreto-0.20

Cobre, Lato e Bronze-0.20

Camada Moda sobre ao-0.20

( * ) Potenciais tpicos observados em solos neutros e gua,medidos com referncia a eletrodo de sulfato de cobre padro.

A Srie Galvnica Prtica foi elaborada colocando-se os metais mais ativos como predominantes, de modo que, de quaisquer entre dois metais selecionados, aquele predominante ser o anodo e o menos ativo o catodo.

Como exemplo da utilizao dessa tabela, admitamos uma tubulao subterrnea de ao com ramais de cobre. A no ser que os ramais de cobre sejam isolados eltricamente da tubulao de ao, existem as condies para uma corroso de metais heterogneos.

Pode-se ver na tabela, que o ferro (ou ao) aparece numa posio acima da do cobre, indicando que o ao ser o anodo e que ser corrodo. Este o caso de fato e, em solo de baixa resistividade, as linhas de cobre iro produzir uma corroso mais grave e rpida da tubulao de ao.

Outras Causas de Clulas de Corroso

Quando enterramos uma tubulao isolada de ao no solo, temos um pedao de metal num eletrlito. Surge uma pergunta: "Onde est o anodo, o catodo e o caminho eltrico metlico?" Todos estes trs elementos esto presentes na prpria tubulao! Algumas reas atuam como catodos; a tubulao entre elas age como um circuito conector. Existem vrias razes diferentes pelas quais uma parte da tubulao atua como como um anodo em relao outra, como veremos a seguir.

Tubulao Nova e Tubulao Velha

Uma condio bastante semelhante da corroso de metais dissimilares ocorre quando uma nova tubulao de ao inserida numa tubulao velha - usualmente em decorrncia de substituio por corroso. O novo trecho de tubulao exposto s mesmas condies de solo (= de corroso); assim, seria lgico supor que o trecho de tubulao nova deveria ter uma vida til igual a da tubulao antiga. Entretanto, esta nova tubulao falhar muito antes que o esperado. Uma concluso comum do instalador que "No se fabricam mais tubulaes como antigamente".

- Figura 03 -

Na realidade, o caso uma simples aplicao da tabela de srie galvnica prtica da Tabela 1, que mostra que o potencial de uma tubulao nova diferente do de uma tubulao velha e enferrujada. Logo, o ao novo andico e corrodo (Figura 3). Uma condio corrosiva semelhante ocorre durante trabalhos de manuteno num sistema de tubulao existente, quando ferramentas podem cortar e expor uma rea tubulao ficando esta no estado de "metal branco". Estas reas "limpas" sero andicas e podem resultar numa corroso agravada em solos de baixa resistividade.

Corroso resultante de Solos Dissimilares

De forma muito similar como as clulas de corroso podem se estabelecer em metais heterogneos, uma tubulao de ao atravessando solos heterogneos pode estabelecer clulas de corroso (Figura 4). O potencial "natural" (ou meia-clula) de um metal em relao ao seu ambiente, pode variar com as diferenas na composio do eletrlito.

- Figura 04 -

Um caso clssico de solos dissimilares envolve ao no solo versus ao no concreto (Figura 5). O ambiente eletroltico do concreto (usualmente umidade e alto pH) totalmente diferente do ambiente do solo usual circunvizinho, resultando em diferenas significativas no ao em relao ao potencial do ambiente. Em regra teremos o ao no solo como andico em relao ao ao embutido no concreto.

- Figura 05 -

No caso de tubulaes galvanizadas, temos o zinco conectado eltricamente ao ao no eletrlito solo. Se o revestimento de zinco for danificado, deixando o ao exposto ao eletrlito solo, a Tabela 1 nos mostra que o zinco, o metal mais ativo, ir atuar como anodo e que ser corrodo e consumido enquanto o ao (catodo) se mantem livre da corroso durante o tempo em que o zinco permanecer atuando como anodo.

Mtodos de Controle da Corroso

Considerando-se como entendidas as condies que causam corroso, as tcnicas empregadas para controle da corroso podem ser melhor entendidas. Os trs mtodos bsicos para mitigao da corroso eletroltica de tubulaes so os seguintes:

1. Isolamento Eltrico

2. Revestimentos

3. Proteo Catdica

Isolamento Eltrico

O primeiro passo bsico no controle da corroso o de isolar a tubulao de estruturas metlicas estranhas. Uma estrutura metlica estranha pode ser outras tubulaes, conduites eltricos, e provavelmente, a mais comum, ao de reforo concretado. A Tabela 1 - "Srie Galvnica Prtica", j vista, mostra que o ao em concreto ser catdico em relao superfcie galvanizada e o ao acalmado, resultando na criao de uma clula de corroso e agravamento da corroso da tubulao em reas de solo.

Obviamente o isolamento eltrico no ir prevenir clulas de corroso localizadas na tubulao. O isolamento eltrico reduz o problema de controle da corroso em relao aos efeitos do ambiente solo sobre a prpria tubulao.

Revestimentos

Os revestimentos normalmente tm a finalidade de formar um filme contnuo, constitudo de material isolante, sobre uma superfcie metlica que se pretende isolar. Um revestimento ser um meio efetivo de interrompimento de corroso se:

1. o material de revestimento for um efetivo isolante eltrico.

2. puder ser aplicado sem interrupes ou descontinuidades, e resistir ntegro durante o transporte, instalao e operao de enterramento.

3. o revestimento prover inicialmente um filme quase perfeito e assim permanecer ao longo do tempo.

Os revestimentos variam em qualidade quando inicialmente aplicados, e na resistncia durante o manuseio e instalao. As inspees de controle de material, aplicao, fornecimento da tubulao e instalao afetam tanto a qualidade quanto o custo.

Numa tubulao revestida, instalada e enterrada, pode-se esperar que apresente pontos danificados ou imperfeies no revestimento (furos, falhas) que permitem que o solo mantenha contato com o metal. Qualquer clula de corroso deve estar numa rea de furo, falha ou se constituir de dois furos - um furo catdico e outro andico.

A longevidade de revestimentos um assunto complexo. A fora dieltrica e a permeabilidade so relativamente pouco afetadas ao longo do tempo no ambiente do subsolo. Contudo, a resistncia tubulao - solo ir declinar, em especfico nos primeiros anos, vez que as reas parcialmente danificadas se degradam e vez que movimentaes do solo ocorrem causando danos posteriores.

Numa tubulao tipicamente bem revestida, a instalao completa deve ter uma eficincia de revestimento, melhor do que 99%.

Proteo Catdica

A proteo catdica, descrita numa forma bem simples, o uso direto de eletricidade corrente de uma fonte externa, em oposio da corrente de descarga da corroso de reas andicas que estaro naturalmente presentes. Quando um sistema de proteo catdica eficaz instalado, todas as partes da corrente coletada da estrutura protegida do eletrlito circunvizinho e toda a superfcie exposta se tornam uma nica rea catdica - da o nome.

A galvanizao tem um passado histrico no uso de reduo da corroso em tubulaes. A galvanizao , com efeito, um sistema de proteo catdica, utilizando o zinco, dispersado sobre a superfcie da tubulao, como material de anodo de sacrifcio.

Uma tubulao bem revestida, i.., revestida com fita, sem dvida ter alguns defeitos de revestimento ou furos. Um sistema de proteo catdica somente necessitar proteger as pequenas reas de ao expostas terra nestes pontos, ao invs de proteger toda a superfcie de uma tubulao no revestida. A enegia eltrica necessria para proteger toda uma tubulao nua, poder ser milhares de vezes maior do que a energia requerida para proteger a mesma estrutura se esta estiver revestida.

Lei de OHM

A relao entre a diferena de potencial (voltagem), resistncia do circuito e a corrente resultante expressa pela "Lei de OHM".

I = E / R Onde:

I = Corrente em ampres

E = Diferencial de voltagem entre o anodo e o catodo

R = Resistncia de todo o circuito

Corrente

A corrente o fator primrio na corroso eletroltica. A intensidade da corrente gerada diretamente proporcional taxa da perda de metal do anodo. Um ampre de corrente, descarregando diretamente no eletrlito solo usual, pode remover, aproximadamente, 10 Kg de ao em um ano. Outros metais possuem taxas diferentes de consumo, maiores ou menores. As taxas de consumo de metal so expressas em termos de Kg/A/ano.

Felizmente, raro se encontrar correntes de corroso em tubulaes que sequer se aproximam de um ampre num ponto. Na maioria dos casos encontra-se correntes em valores de miliampres.

Resistncia A "Resistncia Aparente" de uma clula de corroso qualquer um dos fatores de controle do intensidade do fluxo de corrente resultante. A resistncia aparente o resultado simultneo de resistncia em srie e em paralelo.

A resistncia atravs do eletrlito entre o catodo e o anodo, e a resistncia de isolamentos iro afetar a resistncia aparente. Grandes variaes de resistncia podem ocorrer no eletrlito (solo). Podem ser encontradas taxas variando de milhares (as mais altas) at um (a mais baixa) nos valores da resistividade do solo. So importantes os tamanhos relativos e as configuraes geomtricas das reas andicas e catdicas - quanto menor o tamanho da rea andica ou catdica, maior ser a resistncia de contato entre ela e o eletrlito, resultando num fluxo de corrente mais baixo.

Um outro fator importante o efeito do filme de polarizao (hidrognio) no catodo. O hidrognio formado na superfcie do catodo pode ser imaginado como uma camada isolante que introduz resistncia hmica num circuito e reduz o fluxo da corrente. Como este filme de hidrognio cria e aumenta a resistncia, pode parecer que os filmes de polarizao possam reduzir o fluxo de corrente na clula de corroso para um nvel muito baixo. Entretanto, usualmente existem efeitos despolarizantes que tendem a remover o filme de hidrognio. Isto pode ser um efeito mecnico de uma tubulao numa corrente de fluxo, ou de uma tubulao existente num solo muito aerado, com uma grande quantidade de oxignio dissolvido, que ir

combinar com o hidrognio e remov-lo. Qaulquer que seja o mecanismo de remoo do hidrognio, o efeito final que ele permite que a clula de corroso se mantenha ativa. O grau de atividade uma funo da taxa em que o hidrognio removido.

Efeito do pH do Solo

um fato bem documento que o pH do solo tem um efeito direto na vida til de tubulaes de ao. Mantendo-se todos outros elementos em condies inalteradas, quanto menor o PH, maior ser a taxa de corroso, resultando numa diminuio da vida til da tubulao. A explicao que um solo com pH menor promove um nvel maior de despolarizao das clulas de corroso naturais, aumentando assim a taxa de corroso. Para efeito de projeto e aplicaes em proteo catdica, um solo de pH na faixa de 5.0 e 9.0 no , normalmente, um problema.

APLICAO PRTICA DA PROTEAO CATDICA

Para que qualquer sistema de proteo catdica possa funcionar, a corrente deve ser descarregada de um eletrodo de solo (anodo). A corrente forada a fluir para a tubulao em reas que eram anteriormente andicas. Quando uma quantidade adequada de fluxo de corrente descarregada dos anodos, ela coletada na tubulao e sobrecarrega as correntes naturais que estavam se descarregando das reas andicas, formando uma rede de fluxo de corrente sobre todas as reas na superfcie da tubulao. Toda a superfcie ser, ento, catdica e a proteo da corroso estar completada.

Na realidade, um sistema de proteo no elimina necessariamente a corroso. Mas transfere a corroso da superfcie da estrutura protegida e concentra a corroso em outro local - o anodo instalado no solo. Ao final da vida til do anodo, ele pode ser facilmente reposto e em nenhum momento a tubulao sofrer qualquer corroso.

Os sitemas de proteo catdica podem ser classificados em duas categorias:

1. Sistemas de Anodo Galvnico

2. Sistemas de Corrente Impressa (Retificador)

Sistemas de Anodo Galvnico Sistemas de Anodo Galvnico so os mais simples e, provavelmente, os mais confiveis. Vide Figura 6. Como sabido, quando dois metais dissimilares esto em contato dentro de qualquer eletrlito, o metal mais andico corri. Num sistema de proteo catdica utilizando anodos galvnicos, a vantagem desse efeito obtida estabelecendo-se, intencionalmente, uma clula de metal dissimilar suficientemente forte para se contrapor a clula de corroso naturalmente existente numa tubulao. Isto obtido pela seleo de um material que seja fortemente andico em relao tubulao de ao.

- Figura 06 -

Os anodos galvnicos usados em aplicaes no solo so, usualmente, feitos de liga de magnsio. A Tabela 1 - "Srie Galvnica Prtica" mostra que a tenso direcionada entre a tubulao de ao e o magnsio , tipicamente, menor do que um volt. Assim, se os anodos forem especificados para criar uma quantidade til de corrente, a resistncia de contato entre os anodos e a terra deve ser baixa. Isto significa que anodos galvnicos so normalmente empregados em solos de baixa resistividade.

Sistemas de Corrente Impressa Os sistemas de proteo catdica por corrente impressa nos libera da voltagem direcionada limitada dos anodos galvnicos. Uma tenso de corrente contnua oriunda de fonte externa "impressa" no circuito entre a estrutura protegida e os anodos. A fonte de energia mais comum o retificador de proteo catdica ou fonte de energia de CC.

Este equipamento simplesmente converte corrente eltrica alternada (de um sistema de distribuio de eletricidade) para uma corrente eltrica contnua de baixa voltagem. A tenso de sada da unidade pode ser ajustada. Retificadores de proteo catdica esto disponveis em diversas capacidades de sada, desde um ampre at centenas de ampres. Sistemas de

corrente impressa (Vide Figura 7) so inerentemente mais complexos do que os sitemas galvnicos e, tipicamente, requerem mais manuteno.

- Figura 07 -