Proteção CatódicaProf. Marcio Bacci

2015/2

Fonte: “Corrosão”, Vicente Gentil, LTC, 5a Ed, 2007.

A Proteção Catódica é utilizada para combater a corrosão das instalações metálicas enterradas, submersas e em contato com eletrólitos.

É possível manter as instalções metálicas completamente livres de corrosão por tempo indeterminado.

A grande virtude desta técnica é permitir o controle seguro da corrosão em instalações que, por estarem enterradas ou imersas não podem ser inspecionadas ou revestidasa periodicamente.

MECANISMO

O Processo corrosivo se caracteriza sempre pelo aparecimento de áreas anódicas e catódicas na superfície do material metálico, com a consequente ocorrência de um fluxo de corrente elétrica no sentido convencional, das áreas anódicas para as áres catódicas através do eletrólito, sendo o retorno dessa corrente realizado pela própria estrutura metálica.

A ocorrência dessas áreas de potenciais diferentes ao longo de uma tubulação, ou chapa metálica mergulhada em um eletrólito, como o solo ou a água, tem sua explicação nas variações de composição química do metal, na presença de inclusões não-metálicas, nas tensões residuais, etc.

As heterogeneidades do solo, em conjunto com as heterogeneidades existentes no material metálico, agravam os probmeas de corrosão. Dentre elas as mais graves são as que dizem respeito à resisitividade elétrica e teor de oxigênio.

Há um fluxo de corrente através do eletrólito e do

metal de tal maneira que os cátions saem do ânodo

para a solução ao mesmo tempo em que os elétrons

se dirigem do ânodo para o cátodo seguindo o

circuito metálico.

A taxa de corrosão depende, então, da intensidade

da corrente que flui no sistema, dependendo essa

intensidade da força eletromotriz total da pilha

formada e das várias resistências ôhmicas e não

ôhmicas do circuito.

Proteger catodicamente uma estrutura significa

eliminar, por processo artificial, as áreas anódicas

da superfície do metal fazendo com que toda a

estrutura adquira comportamento catódico. Como

consequência, o fluxo de corrente elétrica

anodo/catodo deixa de existir e a corrosão é

totalmente eliminada.

A Proteção Catódica é o método de prevenir ou evitar a corrosão de um metal em uma solução eletrolítica tornando-o catódico pela aplicação de uma corrente externa. Se a corrente de proteção for superior à corrente de corrosão, torna-se impossível ocorrer a corrosão. Só se aplica na corrosão eletroquímica.

Se um novo circuito for estabelecido, compreendendo um bloco metálico (C) imerso no eletrólito, e uma fonte de força eletromotriz com o pólo positivo ligado a (C) e o pólo negativo ligao a (A) e (B), tornando-os, assim, mais negativos por causa dos elétrons que escoam por eles para o eletrólito – consequentemente os pólos (A) e (B) funcionam como catodo e ficam, portanto, protegidos.

São três os mecanismos que podem ocasionar a redução da corrosão quando se aplica a proteção catódica:

O potencial do metal atinge um valor tal que, em

todas as áreas do metal, só ocorre um processo

catódico, isto é, impede-se a reação:

M Mn+ + ne

O eletrólito adjacente à superfície metálica se torna mais básico devido à redução dos íons hidrogênio, H+, ou à redução do oxigênio.

No caso de materiais metálicoss ferrosos a elevação do valor de pH, devida à formação de OH-, pode servir de inibição para a corrosão.

2H2O +2e H2 +2OH-

H2O + 1/2O2 + 2e 2OH-

• A elevação do pH pode acarretar a precipitação de substâncias insolúveis, como CaCO3 e Mg(OH)2, que podem depositar-se sobre o metal produzindo camada protetora.

A medida da maior ou menor facilidade em perder elétrons que um metal apresenta pode ser avaliada, qualitativamente, pela sua nobreza: metais mais nobres são mais resistentes à corrosão, metais mais reativos se oxidam mais facilmente.

Elementos mais reativos são capazes de deslocar os menos reativos de seus compostos e, portanto, sofrer oxidação.

As séries de reatividade explicam por exemplo por que os metais nobres como o ouro (Au) praticamente não são oxidados. O ouro só pode ser oxidado em condições muito especiais.

Ao se colocar zinco metálico na presença de solução aquosa de sulfato de cobre II.

Zn+CuSO4 ZnSO4+Cuo

SISTEMAS DE PROTEÇÃO CATÓDICA

Para a obtenção da proteção catódica, dois sistemas são utilizados, ambos baseados no mesmo princípio de funcionamento que é o de injução de corrente elétrica na estrutura através do eletrólito.

Proteção catódica galvânica ou por anodos galvânicos ou de sacrifício

Proteção catódica por corrente impressa ou forçada

PROTEÇÃO CATÓDICA GALVÂNICA

Neste processo o fluxo de corrente elétrica fornecido originalmente da diferença de potencial existente entre o metal a proteger e outro escolhido como anodo e que tem potencial mais negativo na tabela de potenciais.

Série Galvânica PráticaMaterial VoltMagnésio comercialmente puro -1,75Liga de magnésio (6%Al, 3%Zn, 0,15%Mn) -1,60Zinco -1,10Liga de alumínio (5% Zn) -1,05Alumínio comercialmente puro -0,80Aço (limpo) -0,50 a -0,80Aço enferrujado -0,20 a -0,50Ferro fundido (não-grafitizado) -0,50Chumbo -0,50Aço em concreto -0,20Cobre, bronze, latão -0,20Ferro fundido com alto teor de silício -0,20Aço com carepa de laminação -0,20Carbono, grafite, coque +0,30

Os metais mais utilizados na prática, como anodos galvânicos são as ligas de magnésio, zinco ou alumínio.

Material VoltMagnésio comercialmente puro -1,75Liga de magnésio (6%Al, 3%Zn, 0,15%Mn) -1,60Zinco -1,10Liga de alumínio (5% Zn) -1,05Alumínio comercialmente puro -0,80Aço em concreto -0,20Ferro fundido com alto teor de silício -0,20

Aplicações típicas de anodos galvânicos

Anodo AplicaçõesAlumínio Estruturas metálicas imersas em água do

marMagnésio Estruturas metálicas imersas em água

doce, de baixa resistividade, ou enterradas em solos com resisitividade elétrica até 3.000 Ω.cm

Zinco Estruturas metálicas imersas em água do mar ou enterradas em solos com resistividade elétrica até 1.000 Ω.cm

Metal Liga de Zn Liga de Mg Ligas de Al

Alumínio 0,1 – 0,5 5,3 – 6,7 Balanço BalançoCádmio 0,05 – 0,15 - - -Chumbo 0,006 (máx) 0,02 (máx) - -Cobre 0,005 (máx) 0,02 (máx) 0,006 (máx) 0,01Ferro 0,005 (máx) 0,003 (máx) 0,08 (máx) -Índio - - - 0,02Magnésio - Balanço - 0,80Manganês - 0,15 (mín) - -Mercúrio - - 0,035 – 0,50 -Níquel - 0,002 (máx) - -Silício 0,135 (máx) 0,10 (máx) 0,11 – 0,21 0,10Zinco Balanço 2,5 – 3,5 0,35 – 0,50 5,0

Para proteção de sistemas que operam com água

aquecida, é recommendável o uso de anodos de magnésio devido ao fato de que o zinco, embora

normalmente anódico em relação ao ferro, pode

sofrer inversão de polaridades e tornar-se, então,

catódico em relação ao ferro, o que ocasionará

corrosão do ferro.

Anodos de magnésio

Nas latas de conservas encontradas nos

supermercados há um revestimento de estanho cujo

objetivo é proteger o ferro da lata. A camada de

estanho impede o contato do ferro com as

substâncias contidas nas latas, as quais podem

gerar sua corrosão

PROTEÇÃO CATÓDICA POR CORRENTE IMPRESSA

Nesse processo o fluxo de corrente fornecido origina-se da força eletromotriz (fem) de uma fonte geradora de corrente elétrica contínua necessária à proteção da estrutura metálica.

Para a dispersão dessa corrente elétrica no eletrólito são utilizados anodos especiais, inertes, com características e aplicações que dependem do eletrólito onde são utilizados.

Anodo AplicaçõesGrafite Solos, água do mar não-profunda e água

doceFerro-silício (14,5% Si)

Solos ou água com teor de cloreto inferior a 60 ppm

Ferro-silício-cromo ((14,5% Si, 4,5% Cr)

Solos, água do mar, fundo do mar ou água doce

Chumbo-antimônio-prata (93%Pb, 6%Sb, 1%Ag)

Água do mar, suspensos, sem tocar o fundo do mar

Titânio, nióbio ou tântalo platinizados (Ti-Pt, Nb-Pt ou Ta-Pt)

Solos, água doce, água do mar e concreto (na proteção das armaduras de aço)

Titânio revestido com óxidos mistos de metais nobres como cério

Solos, água doce, água do mar e outros eletrólitos

Magnetita Solos, água doce e água do marFerrita Solos, água doce e água do marAnodo polimérico anodeflex

Solos (tubulações nuas ou com revestimento deficiente)

A grande vantagem do método por corrente impressa consiste no fato de a fonte geradora poder ter a potência e a tensão de saída de que se necessite, em função da resisitividade elétrica do eletrólito.

Um bom projeto de proteção catódica levará em conta:O tipo de estrutura (navio, tubulação, etc.), o material

desta estrutura e suas dimensões;O tipo de revestimento usado;Medições da resistividade do meio (solo, água), do

potencial da estrutura em relação ao solo, condições das fontes de força eletromotriz nas proximidades, etc.

Dados locaisCustos de instalação, manutenção e operação

A corrente necessária para proteger uma estrutura depende principalmente da resistividade elétrica do solo, da forma geométrica da estrutura, da área a proteger e do revestimento aplicado na estrutura.

Os revestimentos protetores mais usados são:Esmalte de piche de carvão mineralEsmalte de asfalto de petróleoFitas plásticas de PVC, polietileno ou poliesterOutros (tintas betuminosas a base de epoxi e

revestimento com espuma rígida de poliuretana.