Sistemas de Proteção Catódica Gomes

8/10/2019 Sistemas de Proteo Catdica Gomes

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SISTEMAS DE PROTEO CATDICA LUIZ PAULO GOMES

IEC Instalaes e Engenharia de Corroso Ltda. Pgina 1

INDICE

CAPTULO 1....................................................................................................................................11

CORROSO EM INSTALAES METLICAS ENTERRADAS OU SUBMERSAS .........11

1.1 INTRODUO........................................................................................................................111.2 COMO A CORROSO SE PROCESSA .................................................................................111.2.1 Contatos Eltricos entre Dois Metais Diferentes...............................................................111.2.2 Heterogeneidades do Ao ...................................................................................................16 1.2.3 Heterogeneidades do Solo ..................................................................................................17 1.2.4 Corroso Eletroltica..........................................................................................................19

1.3 CORROSO POR BACTRIAS.............................................................................................201.4 MTODOS DE PROTEO CONTRA A CORROSO.......................................................20

1.4.1 Revestimentos Protetores....................................................................................................201.4.2 Proteo Catdica..............................................................................................................20

CAPTULO 2....................................................................................................................................22

PROTEO CATDICA: PRINCPIOS BSICOS E MTODOS DE APLICAO .........222.1 INTRODUO........................................................................................................................222.2 PRINCPIOS BSICOS...........................................................................................................222.3 MTODOS DE APLICAO DA PROTEO CATDICA...............................................242.4 PROTEO CATDICA COM ANODOS GALVNICOS .................................................252.5 PROTEO CATDICA POR CORRENTE IMPRESSA ....................................................272.6 CORRENTE NECESSRIA PARA PROTEO CATDICA ............................................302.7 CRITRIOS DE PROTEO CATDICA............................................................................312.8 MANUTENO DO SISTEMA DE PROTEO CATDICA ...........................................32

2.9 CUSTO DA PROTEO CATDICA...................................................................................32CAPTULO 3....................................................................................................................................34

MEDIES DE CAMPO PARA A ELABORAO DE PROJETOS DE PROTEOCATDICA......................................................................................................................................34

3.1 INTRODUO........................................................................................................................343.2 INFORMAES LEVANTADAS ANTES DOS TRABALHOS DE CAMPO.....................343.3 MEDIES DE CAMPO.........................................................................................................35

3.3.1 Resistividades Eltricas ......................................................................................................353.3.2 Potenciais Estrutura/Eletrlito...........................................................................................36

3.3.3 Acidez do Solo.....................................................................................................................38 3.3.4 Pesquisa de Corroso por Bactria ou Corroso Microbiolgica ....................................38 3.3.5 Medies de Corrente.........................................................................................................38 3.3.6 Testes para a Determinao da Corrente Necessria para Proteo Catdica e dasCondies de Polarizao da Estrtutura.....................................................................................393.3.7 Testes nas Travessias com Tubos-Camisa..........................................................................403.3.8 Escolha dos Locais para a Instalao dos Retificadores, Leitos de Anodos eEquipamentos de Drenagem........................................................................................................403.3.9 Outros Testes, Medies e Observaes ............................................................................40

3.4 CONCLUSO..........................................................................................................................40CAPTULO 4....................................................................................................................................41

INSTRUMENTOS DE MEDIO PARA PROTEO CATDICA......................................41


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4.1 INTRODUO........................................................................................................................414.2 VOLTMETROS ......................................................................................................................41

4.2.1 Voltmetros Convencionais.................................................................................................414.2.1.1 Voltmetros convencionais de alta resistncia ................................................................414.2.1.2 Voltmetros convencionais de baixa resistncia ..............................................................424.2.1.3 Voltmetros potenciomtricos ..........................................................................................424.2.1.4 Voltmetros eletrnicos....................................................................................................424.3 AMPERMETROS ...................................................................................................................434.3.1 Ampermetro de Resistncia Nula ......................................................................................43

4.4. MEDIDORES COMBINADOS ..............................................................................................434.5 INSTRUMENTOS PARA MEDIES DE RESISTIVIDADES ...........................................43

4.5.1 Vibroground........................................................................................................................434.5.2 Megger................................................................................................................................434.5.3 Outros Instrumentos ...........................................................................................................444.5.4 EMS ...................................................................................................................................44

4.6 VOLT-OHM-MILIAMPERMETRO......................................................................................454.7 REGISTRADORES..................................................................................................................454.8 DATA LOGGERS....................................................................................................................46

4.8.1 Ramlog (de fabricao da A.B.I. Data)..............................................................................46 4.8.2 Tricorder (de fabricao da MC MILLER) ........................................................................46 4.8.3 Rectifier Controler (de fabricao da Cathodic Technology Limited) ..............................47 4.8.4 DLINK (de fabricao da Harco Technologies Corporation) ...........................................47

4.9 INTERRUPTORES AUTOMTICOS DE CORRENTE........................................................474.10 LOCALIZADORES DE TUBULAO................................................................................474.11 DETECTORES DE FALHA DE REVESTIMENTO PARA TUBULAESENTERRADAS..............................................................................................................................484.12 EQUIPAMENTOS PARA LEVANTAMENTO DE PERFIL DE POTENCIAL..................484.13 ACESSRIOS........................................................................................................................49

4.13.1 Eletrodos de Referncia....................................................................................................494.13.2 Caixa Padro....................................................................................................................494.13.3 Fontes para Testes de Corrente........................................................................................504.13.4 Carretis e Fios ................................................................................................................50

CAPTULO 5....................................................................................................................................51

DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE PROTEO CATDICA..................................515.1 INTRODUO........................................................................................................................515.2 A IMPORTNCIA DOS LEVANTAMENTOS DE DADOS.................................................515.3 SELEO DO MTODO DE PROTEO CATDICA A SER USADO...........................51

5.3.1 Sistema Galvnico ..............................................................................................................515.3.2 Sistema por Corrente Impressa ..........................................................................................51

5.4 CLCULO DA CORRENTE DE PROTEO CATDICA.................................................51ESTRUTURA......................................................................................................................................53QUALIDADE DO REVESTIMENTO.......................................................................................................53EFICINCIA.......................................................................................................................................535.5 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS GALVNICOS .....................................................54

5.5.1 Instalaes Submersas........................................................................................................545.5.1.1 Escolha do material dos anodos ...................................................................................545.5.1.2 Determinao da massa de anodos...............................................................................54

5.5.1.3 Determinao do nmero de anodos ............................................................................555.5.1.4 Verificao da corrente liberada pelos anodos.............................................................555.5.2 Instalaes Enterradas .......................................................................................................56


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5.5.2.1 Escolha do Material e Determinao da Massa dos Anodos........................................565.5.2.2 Clculo da corrente liberada pelos anodos ...................................................................565.5.2.3 Clculo do nmero de anodos individuais ou do nmero de leitos de anodos.............575.5.2.4 Verificao da vida dos anodos....................................................................................57

5.6 DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS POR CORRENTE IMPRESSA.............................575.6.1 Definio do Nmero de Pontos de Injeo de Corrente...................................................57 5.6.2 Escolha do Material do Anodo...........................................................................................58 5.6.3 Clculo da Massa de Anodos .............................................................................................58 5.6.4 Escolha do Nmero Mnimo de Anodos .............................................................................58 5.6.6 Clculo da Resistncia do Circuito ....................................................................................58

5.6.6.1 Resistncia total do circuito .........................................................................................595.6.7 Verificao do Nmero de Anodos.....................................................................................60

5.7 AUXLIO DE MICROCOMPUTADORES.............................................................................60CAPTULO 6....................................................................................................................................61

MATERIAIS E EQUIPAMENTOS UTILIZADOS EM SISTEMAS DE PROTEO

CATDICA......................................................................................................................................616.1 INTRODUO........................................................................................................................616.2 SISTEMAS GALVNICOS ....................................................................................................61

6.2.1 Anodos ................................................................................................................................61PRINCIPAIS CARACTERSTICAS APRESENTADAS PELOS ANODOS GALVNICOS61

6.2.2 Enchimento Condutor (Backfill).........................................................................................646.2.3 Cabos Eltricos...................................................................................................................646.2.4 Conectores Eltricos...........................................................................................................656.2.5 Caixas de Ligao ou de Passagem ...................................................................................656.2.6 Resistores Eltricos ............................................................................................................656.2.7 Materiais Diversos..............................................................................................................656.3 SISTEMAS POR CORRENTE IMPRESSA............................................................................656.3.1 Retificadores de Corrente...................................................................................................656.3.2 Equipamentos de Drenagem...............................................................................................67 6.3.3 Anodos Inertes ....................................................................................................................696.3.4 Enchimento (Backfill) Usados para os Anodos Inertes......................................................716.3.5 Cabos Eltricos...................................................................................................................716.3.6 Juntas Isolantes. .................................................................................................................726.3.7 Dispositivos de Proteo das Juntas Isolantes...................................................................736.3.8 Caixas de Medio, Interligao e Pontos de Teste...........................................................736.3.9 Resistores Eltricos ............................................................................................................746.3.10 Materiais Diversos............................................................................................................75

CAPTULO 7....................................................................................................................................76

LEITOS DE ANODOS EM POOS PROFUNDOS ....................................................................767.1 INTRODUO........................................................................................................................767.2 TIPOS........................................................................................................................................76

7.2.1 Estrutura Bsica .................................................................................................................76 7.2.2 Tubos e Trilhos-Sucata.......................................................................................................76 7.2.3 Sistemas No Recuperveis. ...............................................................................................77 7.2.4 Sistemas Recuperveis........................................................................................................79

7.3 VANTAGENS E DESVANTAGENS......................................................................................807.3.1 Vantagens ...........................................................................................................................80


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7.3.2 Desvantagens......................................................................................................................807.4 PROJETO..................................................................................................................................81

7.4.1 Escolha do Local para a Cama ..........................................................................................817.4.2 Resistividade Eltrica do Solo ............................................................................................817.4.3 Seleo de Materiais...........................................................................................................817.4.4 Profundidade Mxima Admissvel ......................................................................................837.4.5 Procedimento para o Dimensionamento ............................................................................837.5 MONTAGEM...........................................................................................................................84

7.6 ENERGIZAO......................................................................................................................847.7 OPERAO E MANUTENO ............................................................................................85

7.7.1 Problemas Usuais Durante a Operao e Manuteno.....................................................857.7.2 Registros .............................................................................................................................85

7.8 CONCLUSES ........................................................................................................................85CAPTULO 8....................................................................................................................................86

INSPEO E MANUTENO DE SISTEMAS DE PROTEO CATDICA ....................86

8.1 INTRODUO........................................................................................................................868.2 COMPONENTES DE UM SISTEMA DE PROTEO CATDICA...................................868.2.1 Para Tubulaes Enterradas..............................................................................................86 8.2.2 Para Tubulaes Submersas...............................................................................................87 8.2.3 Para Fundos de Tanques de Armazenamento ....................................................................87 8.2.4 Para Estacas de Ao Cravadas no Mar .............................................................................87 8.2.5 Plataformas de Petrleo.....................................................................................................87 8.2.6 Armaduras de Ao das Obras de Concreto ........................................................................87

8.3 ORIENTAO PARA OS SERVIOS DE INSPEO E MANUTENO.......................878.3.1 Tubulaes Enterradas Protegidas com Sistema Galvnico..............................................88 8.3.2 Tubulaes Enterradas Protegidas com Sistema por Corrente Impressa..........................88 8.3.3 Fundos de Tanques de Armazenamento .............................................................................88 8.3.4 Estacas Metlicas de Piers de Atracao de Navios com Sistema por Corrente Impressa.....................................................................................................................................................88 8.3.5 Plataformas de Petrleo com Sistema por Anodos Galvnicos .........................................898.3.6 Armaduras de Ao do Concreto .........................................................................................89

8.4 CONCLUSO..........................................................................................................................89CAPTULO 9....................................................................................................................................90

REVESTIMENTOS PROTETORES PARA INSTALAES METLICAS ENTERRADASE SUBMERSAS................................................................................................................................90

9.1 INTRODUO........................................................................................................................909.2 CARACTERSTICAS NECESSRIAS A UM REVESTIMENTO .......................................919.3 REVESTIMENTO PARA TUBULAES ENTERRADAS .................................................92

9.3.1 Revestimento Base de Esmalte de Piche de Carvo........................................................929.3.2 Revestimento Base de Esmalte de Asfalto de Petrleo....................................................939.3.3 Revestimento com Fitas Plsticas ......................................................................................949.3.4 Revestimento com Tintas Betuminosas (Epxi Piche de Carvo ou Alcatro Epxi)........949.3.5 Revestimento com Espuma Rgida de Poliuretano .............................................................94

9.4 REVESTIMENTO PARA TUBULAES SUBMERSAS ....................................................959.5 REVESTIMENTO PARA TANQUES DE ARMAZENAMENTO ........................................95

9.5.1 Revestimento para Tanques de Ao Totalmente Enterrados..............................................959.5.2 Revestimento para Fundo de Tanque .................................................................................95

9.6 REVESTIMENTO PARA CASCO DE EMBARCAES.....................................................95


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9.7 REVESTIMENTO PARA ESTACAS DE AO DEPIERS DE ATRACAO....................969.8 CONCLUSO..........................................................................................................................96

CAPTULO 10..................................................................................................................................97

SISTEMAS DE DRENAGEM DE CORRENTE PARA CONTROLE DA CORROSOELETROLTICA EM TUBULAES ENTERRADAS ............................................................97

10.1 INTRODUO......................................................................................................................9710.2 A CORROSO ELETROLTICA..........................................................................................9810.3 SISTEMAS DE DRENAGEM ...............................................................................................99

10.3.1 Ligao Direta..................................................................................................................9910.3.2 Ligao por Meio de um Equipamento de Drenagem....................................................100

10.4 COMPLEMENTAO COM SISTEMAS DE PROTEO CATDICA .......................10210.5 CONCLUSO......................................................................................................................102

CAPTULO 11................................................................................................................................103

INFLUNCIA DAS LINHAS DE TRANSMISSO ELTRICA EM ALTA TENSOSOBRE AS TUBULAES ENTERRADAS.............................................................................103

11.1 INTRODUO....................................................................................................................10311.2 ANLISE DO FENMENO................................................................................................10311.3 MTODOS DE CLCULO DAS TENSES TUBO/SOLO ..............................................10511.4 SOLUES PRTICAS PARA CONTORNAR O PROBLEMA .....................................10611.5 EXEMPLO PRTICO..........................................................................................................107

11.5.1 Dados do Gasoduto ........................................................................................................108 11.5.2 Primeiro Cruzamento .....................................................................................................108 11.5.3 Segundo Cruzamento......................................................................................................109

11.6 CONCLUSO......................................................................................................................110

CAPTULO 12................................................................................................................................111

SISTEMAS DE ATERRAMENTO ELTRICO COM ANODOS DE ZINCO ......................11112.1 INTRODUO....................................................................................................................11112.2 INSTALAO.....................................................................................................................11112.3 COMPARAO ENTRE OS ANODOS DE ZINCO E AS HASTES DE ATERRAMENTOCONVENCIONAIS......................................................................................................................11212.4 VIDA DOS ANODOS..........................................................................................................11312.5 CONCLUSO......................................................................................................................113

CAPTULO 13................................................................................................................................114

ATERRAMENTO ELTRICO DE TANQUES METLICOS DE ARMAZENAMENTO.11413.1 INTRODUO....................................................................................................................11413.2 MTODOS DE ATERRAMENTO ELTRICO .................................................................114

13.2.1 American Petroleum Institute .........................................................................................11513.2.2 National Bureau of Stantard Handbook.........................................................................115

CODE FOR PROTECTION AGAINST LIGHTNING .............................................................11513.2.3 National Fire Protection Association.............................................................................115

FIRE PROTECTION HANDBOOK............................................................................................11513.2.4 American Oil Company ..................................................................................................116

HAZARDS OF ELECTRICITY BOOKLET N......................................................................116


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13.2.5 Esso.................................................................................................................................116 ESSO ENGINEERING STANDARD B-14-86 ............................................................................116

13.2.6 Standard Handbook for Electrical Engineers ................................................................116 SEO 17-642................................................................................................................................116

13.3 ESTIMATIVA DAS RESISTNCIAS TANQUE/TERRA NA REPLAN .........................11613.4 CONCLUSES ....................................................................................................................116CAPTULO 14................................................................................................................................118

PROTEO CATDICA DE TUBULAES ENTERRADAS E SUBMERSAS................11814.1 INTRODUO....................................................................................................................11814.2 PROTEO CATDICA PARA TUBULAES ENTERRADAS .................................118

14.2.1 Proteo Catdica com Anodos Galvnicos ..................................................................118 14.2.2 Proteo Catdica por Corrente Impressa ....................................................................11914.2.3 Como Saber se a Tubulao est Protegida Catodicamente .........................................121

14.2 PROTEO CATDICA PARA EMISSRIOS SUBMARINOS....................................12214.4 PROTEO CATDICA DE TUBOS-CAMISA PARA POOS PROFUNDOS ............12214.5 CONCLUSES ....................................................................................................................123

CAPTULO 15................................................................................................................................124

PROTEO CATDICA DE TANQUES DE ARMAZENAMENTO DE PETRLEO EDERIVADOS..................................................................................................................................124

15.1 INTRODUO....................................................................................................................12415.2 TIPOS DE TANQUES DE ARMAZENAMENTO .............................................................124

15.2.1 Tanques Areos Apoiados no Solo .................................................................................124

15.2.2 Tanques Enterrados........................................................................................................12415.2.3 Tanques Submersos ........................................................................................................12415.3 PROTEO CATDICA....................................................................................................124

15.3.1 Proteo Catdica Interna dos Tanques de Petrleo com Lastro de gua ..................12515.3.2 Proteo Catdica Externa ............................................................................................125

15.4 CRITRIOS DE PROTEO..............................................................................................12915.5 DISTRIBUIO DACORRENTE EMGRUPO DETANQUES..........................................................12915.6 CONCLUSO......................................................................................................................130

CAPTULO 16................................................................................................................................131

PROTEO CATDICA PARA PIERS DE ATRACAO DE NAVIOS ...........................13116.1 INTRODUO....................................................................................................................13116.2 CARACTERSTICAS DAS ESTRUTURAS ......................................................................13116.3 CARACTERSTICAS DA GUA DO MAR ......................................................................13216.4 CORROSO DO AO PELA GUA SALGADA.............................................................13316.5 SISTEMAS DE PROTEO CATDICA .........................................................................134

16.5.1 Sistema Galvnico ..........................................................................................................13416.5.2 Sistema por Corrente Impressa ......................................................................................13516.5.3 Comparao Entre o Sistema Galvnio e o Sistema por Corrente Impressa ................137 Principais Caractersticas dos Sistemas Galvnicos e por Corrente Impressa........................137

SISTEMA POR ANODOS GALVNICOS ................................................................................137

SISTEMA POR CORRENTE IMPRESSA .................................................................................137


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16.6 ZONA DE VARIAO DE MAR E DE RESPINGO......................................................13716.7 CONCLUSO......................................................................................................................138

CAPTULO 17................................................................................................................................139

PROTEO CATDICA DE NAVIOS .....................................................................................139

17.1 INTRODUO....................................................................................................................13917.2 CORROSO E PROTEO CATDICA..........................................................................13917.3 PROTEO CATDICA GALVNICA ...........................................................................140

17.3.1 Proteo Galvnica de Tanques de Lastro ....................................................................14117.3.2 Corrente Necessria .......................................................................................................142

TANQUESmA/m2.................................................................................................................142CASCO mA/m2 .....................................................................................................................142

1.4 PROTEO CATDICA POR CORENTE IMPRESSA .....................................................14317.4.1 Quantidade de Corrente Necessria para o Sistema de Corrente Impressa..................145

17.5 COMPARAO ENTRE OS SISTEMAS GALVNICOS E POR CORRENTEIMPRESSA...................................................................................................................................14517.6 INFLUNCIA DO REVESTIMENTO DO CASCO SOBRE AS CONDIES DEOPERAO DO SISTEMA DE PROTEO CATDICA ......................................................14617.7 INFLUNCIA DAS CONDIES DE OPERAO DO SISTEMA DE PROTEOCATDICA SOBRE O REVESTIMENTO.................................................................................14617.8 CONCLUSO......................................................................................................................147

CAPTULO 18................................................................................................................................148

PROTEO CATDICA DE ESTAES DE TRATAMENTO DE GUA, ESGOTOS EEFLUENTES INDUSTRIAIS.......................................................................................................148

18.1 INTRODUO....................................................................................................................14818.2 PROTEO CATDICA GALVNICA ...........................................................................14818.8 PROTEO CATDICA POR CORRENTE IMPRESSA ................................................14918.4 VERIFICAO DO FUNCIONAMENTO DO SISTEMA DE PROTEO CATDICA.......................................................................................................................................................15018.5 CUSTO..................................................................................................................................15118.6 CONCLUSO......................................................................................................................151

CAPTULO 19................................................................................................................................152

PROTEO CATDICA DE PLATAFORMAS FIXAS DE PETRLEO ...........................15219.1 INTRODUO....................................................................................................................152

19.2 LEVANTAMENTO DE DADOS PARA O PROJETO.......................................................15219.2.1 Parmetros Associados Estrutura ...............................................................................15219.2.2 Parmetros Associados ao Meio Ambiente ....................................................................15219.2.3 Parmetros Associados aos Sistemas de Proteo Catdica.........................................153

19.3 CRITRIO DE PROTEO................................................................................................15319.4 VIDA TIL DO SISTEMA DE PROTEO CATDICA................................................15319.5 DENSIDADES DE CORRENTE DE PROTEO.............................................................15419.6 ESCOLHA DO TIPO DE SISTEMA...................................................................................15419.7 ISOLAMENTO ELTRICO ................................................................................................15419.8 CORRENTES DE INTERFERNCIA.................................................................................15419.9 SISTEMAS GALVNICOS ................................................................................................154

19.9.1 Dimensionamento ...........................................................................................................15519.10 SISTEMAS POR CORRENTE IMPRESSA......................................................................159

19.10.1 Dimensionamento .........................................................................................................160


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19.10.2 Materiais.......................................................................................................................16019.11 SISTEMAS DE MONITORAO....................................................................................16019.12 ACOMPANHAMENTO OPERACIONAL .......................................................................16119.13 CONCLUSES ..................................................................................................................162

CAPTULO 20................................................................................................................................163

PROTEO CATDICA DE PS DE TORRES DE LINHAS DE TRANSMISSOELTRICA.....................................................................................................................................163

20.1 INTRODUO....................................................................................................................16320.2 ATERRAMENTO ELTRICO ............................................................................................16320.3 INSTALAO DOS ANODOS GALVNICOS ...............................................................16320.4 INSTALAO DE SISTEMA POR CORRENTE IMPRESSA.........................................16420.5 CONCLUSO......................................................................................................................164

CAPTULO 21................................................................................................................................165

PROTEO CATDICA DE ARMADURAS DE AO DE ESTRUTURAS DECONCRETO...................................................................................................................................165

21.1 INTRODUO....................................................................................................................16521.1 HISTRICO .........................................................................................................................16521.3 MECANISMO BSICO DA CORROSO DAS ARMADURAS NO CONCRETO........16521.4 PRINCIPAIS MTODOS UTILIZADOS PARA O COMBATE CORROSO NOCONCRETO.................................................................................................................................169

21.4.1 Tcnicas de Reparo Localizado......................................................................................16921.4.2 Procedimentos de Projeto e Construo ........................................................................16921.4.3 Mtodos de Isolamento da Superfcie de Concreto do Meio Ambiente Agressivo.........17021.4.4 Mtodo da Proteo Direta das Armaduras ..................................................................17021.4.5 Mtodos de Controle Direto da Corroso......................................................................170

USO DE INIBIDORES QUMICOS............................................................................................170

PROTEO CATDICA.............................................................................................................17021.5 MECANISMO BSICO DO FUNCIONAMENTO DA PROTEO CATDICA DECONCRETO.................................................................................................................................17121.6 CRITRIOS DE PROTEO..............................................................................................171

21.6.1 Potenciais Mnimos ........................................................................................................17221.7 MEDIES DE POTENCIAL.............................................................................................17221.8 PROJETO DE SISTEMAS DE PROTEO CATDICA PARA ESTRUTURAS DE

CONCRETO.................................................................................................................................17321.8.1 Generalidades.................................................................................................................17321.8.2 Tipos de Estruturas que Podem ser Protegidas .............................................................17421.8.3 Dados para o Projeto .....................................................................................................17421.8.4 Levantamento de Dados .................................................................................................175

21.8.4.1 Instrumentos necessrios..........................................................................................17621.8.5 Tipos de Sistemas............................................................................................................176

21.8.5.1 Sobrecamada condutora ...........................................................................................17621.8.5.2 Sistemas embutidos no concreto ..............................................................................17621.8.5.3 Sistemas distribudos com anodos em forma de tela................................................17721.8.5.4 Sistemas com revestimentos condutores ..................................................................179

21.8.6 Dimensionamento ...........................................................................................................180DENSIDADE DE CORRENTE DE PROTEO......................................................................180


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DENSIDADE DE CORRENTE MXIMA ADMISSVEL NOS ANODOS............................180

DETERMINAO DA CORRENTE DE PROTEO............................................................180

CONTINUIDADE ELTRICA ....................................................................................................180

DISTRIBUIO DOS CIRCUITOS POSITIVOS ....................................................................181TIPO DE SISTEMA.......................................................................................................................181

RETIFICADORES.........................................................................................................................181

MONITORAO..........................................................................................................................182

VIDA TIL.....................................................................................................................................182

ISOLAMENTO ELTRICO ........................................................................................................182

CORRENTES DE INTERFERNCIA........................................................................................18321.9 CONCLUSES ....................................................................................................................183

CAPTULO 22................................................................................................................................184

PROTEO CATDICA PARA SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE COMBUSTVELDE AEROPORTOS .......................................................................................................................184

22.1 INTRODUO....................................................................................................................18422.2 SISTEMA DE TUBULAES E TANQUES PARA TRANSPORTE,ARMAZENAMENTO E DISTRIBUIO DO QUEROSENE PARA AS AERONAVES.......184

22.2.1 Transporte Refinaria/Aeroporto.....................................................................................18422.2.2 Armazenamento no Aeroporto........................................................................................18422.2.3 Distribuio para as Aeronaves .....................................................................................184

22.3 SISTEMAS DE PROTEO CATDICA UTILIZADOS ................................................18522.3.1 Proteo Catdica para o Trecho Refinaria/Aeroporto ................................................18522.3.2 Proteo Catdica para os Tanques de Armazenamento...............................................18522.3.3 Proteo Catdica para as Tubulaes de Querosene dentro do Aeroporto ................186

22.4 LEVANTAMENTOS DE CAMPO PARA O PROJETO DE PROTEO CATDICA..18622.5 CONDIES DE OPERAO...........................................................................................18722.6 CONCLUSO......................................................................................................................187

CAPTULO 23................................................................................................................................188

SISTEMA DE PROTEO CATDICA DO GASODUTO RIOSO PAULO ..................18823.1 INTRODUO....................................................................................................................18823.2 DESCRIO........................................................................................................................18823.3 LEVANTAMENTOS DE CAMPO PARA O PROJETO DO SISTEMA DE PROTEOCATDICA..................................................................................................................................189

23.3.1 Resistividades Eltricas do Solo.....................................................................................18923.3.2 Avaliao das Correntes de Interferncia ......................................................................19023.3.3 Verificao das Condies de Operao dos Sistemas de Proteo Catdica dos DutosExistentes ...................................................................................................................................190

23.3.4 Escolha de Locais para Instalao dos Equipamentos e Dispositivos de ProteoCatdica e Drenagem................................................................................................................19123.4 ORIENTAES ADOTADAS PARA O PROJETO ..........................................................191


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23.5 FINALIDADE DO SISTEMA DE PROTEO CATDICA E DE DRENAGEM..........19223.6 DESCRIO DO SISTEMA...............................................................................................19223.7 CONCLUSO......................................................................................................................194

CAPTULO 24................................................................................................................................195

COMO ESPECIFICAR SERVIOS DE PROTEO CATDICA.......................................19524.1 INTRODUO....................................................................................................................19524.2 INFORMAES A RESPEITO DA ESTRUTURA A SER PROTEGIDA .......................19524.3 ESPECIFICAES PARA OS LEVANTAMENTOS DE CAMPO ..................................19524.4 ESPECIFICAES PARA O PROJETO DE PROTEO CATDICA..........................19524.5 CONDIES MNIMAS PARA A ACEITAO DO SISTEMA ....................................196

REPRESENTAES....................................................................................................................197

CURRCULO SIMPLIFICADO DA IEC ..................................................................................199


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CAPTULO 1Corroso em Instalaes Metlicas Enterradas ou Submersas

1.1 INTRODUO

O presente captulo analisa os principais tipos de corroso a que esto sujeitas as instalaesmetlicas enterradas ou submersais, tais como tubulaes (oleodutos, gasodutos, minerodutos,adutoras, linhas enterradas em unidades industriais, emissrios submarinos), piers de atracao,bases de tanques de armazenamento, navios, camisas metlicas de poos, cabos telefnicos, redesde incndio, armaduras de ao de concreto e muitas outras, largamente utilizadas em obras deengenharia.

O conhecimento dos processos corrosivos que atacam essas instalaes de extremaimportncia, no s pelo patrimnio valioso que elas representam para as indstrias, empresas degs, de petrleo, de minerao, petroqumicas, estaleiros, armadores e companhias de saneamento eguas, mas tambm para o estudo adequado e perfeita aplicao das tcnicas de combate corrosopara esses casos, tais como a aplicao dos revestimentos protetores e da proteo catdica.

1.2 COMO A CORROSO SE PROCESSA

A corroso , na grande maioria dos casos, fruto de uma reao eletroqumica que envolvemetais e um eletrlito, composto, de um modo geral, de substncias qumicas e gua, as quais secombinam formando pilhas capazes de gerar uma corrente eltrica. Os solos, por mais secos quepaream, sempre contm gua e funcionam, normalmente, como excelentes eletrlitos para apassagem dessa corrente.

Quando uma tubulao de ao ou de ferro enterrada, ela fica sob a ao de processoscorrosivos, ou pilhas de corroso, que podem ser causados por:

1) contatos eltricos entre dois metais diferentes;2) heterogeneidades do ao ou do ferro;3) heterogeneidades do solo;4) eletrlise causada por correntes eltricas de fuga oriundas de fontes externas de fora

eletromotriz (como os geradores de corrente contnua das estradas de ferro eletrificadas) ou;5) pela combinao de alguns ou de todos esses fatores atuando ao mesmo tempo, comoacontece na maioria das vezes.Em casos especiais, menos comuns, uma tubulao enterrada pode ser atacada tambm pela

corroso resultante da ao de certos tipos de bactrias.Analisemos cada uma dessas condies separadamente.

1.2.1 Contatos Eltricos entre Dois Metais Diferentes

Se qualquer dos metais utilizados normalmente em instalaes industriais colocado emcontato com o solo, existe uma diferena de potencial entre esse metal e o solo. Essa diferena depotencial, chamada normalmente de potencial natural, pode ser medida com facilidade por meio de

um voltmetro e de um eletrodo de referncia, tal como o eletrodo de cobre/sulfato de cobre(Cu/CuSO4), utilizado na prtica, como mostrado na figura 1.1.


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Figura 1.1 Medio do potencial, em relao ao solo, de qualquer material metlico (potencial estrutura/solo).

Foto 1.1 Corroso de uma chapa de ao na gua do mar.

Para um determinado tipo de solo cada metal apresenta um potencial diferente, de acordocom a tabela 1.1, conhecida como Srie Galvnica Prtica.


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TABELA 1.1

Srie Galvnica Prtica

Metal Potencial (volts) (1)Magnsio comercialmente puro 1,75Liga de magnsio (6% Al, 3% Zn, 0,15% Mn) 1,60Zinco 1,10Liga de alumnio (5% Zn) 1,05Alumnio comercialmente puro 0,80Ao (limpo) 0,50 a 0,80Ao enferrujado 0,20 a 0,50Ferro fundido (no grafitizado) 0,50Chumbo 0,50Ao em concreto 0,20Cobre, bronze, lato 0,20Ferro fundido com alto teor de silcio 0,20Carbono, grafite, coque +0,30(1) Potenciais tpicos normalmente observados em solos neutros e gua, medidos em relao ao eletrodo de

Cu/CuSO4. Valores um pouco diferentes podem ser encontrados em diferentes tipos de solos.A diferena de potencial existente entre dois metais enterrados no solo pode ser medida

conforme mostrado na figura 1.2 e os valores mostrados na Srie Galvnica Prtica podem serfacilmente conferidos.

Figura 1.2 Medio da diferena de potencial entre dois metais diferentes, em presena de um eletrlito.

Quando, por exemplo, uma haste de magnsio enterrada no solo e ligada eletricamente aum tubo de ao tambm enterrado, a diferena de potencial que existe entre o magnsio e o ao (1,0V, aproximadamente) produzir um fluxo de corrente entre o magnsio, o solo, o ao e o condutoreltrico, conforme mostrado na figura 1.3.


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Figura 1.3 Formao de uma pilha galvnica.

O sentido convencional da corrente se estabelece sempre a partir do metal de potencial maisnegativo, atravs do solo, para o metal de potencial menos negativo (o movimento de eltrons seprocessa em sentido inverso), formando assim a chamada pilha de corroso galvnica. Quando issoacontece, o metal que libera corrente para o solo se corre, adquirindo comportamente andico,sendo chamado deanodo e o metal que recebe a corrente do solo fica protegido, adquirindocomportamento catdico, sendo intitulado decatodo da pilha formada. Essa propriedade dos metais utilizada para o combate corroso de uma estrutura de ao enterrada ou submersa e essa tcnicarecebe o nome de proteo catdica, como veremos mais adiante.

A mesma tcnica utilizada h muitos anos, em escala industrial, para a construo depilhas comuns de lanterna, como mostrado na figura 1.4.

Figura 1.4 Pilha comum de lanterna. A diferena de potencial entre o carbono e o zinco da ordem de 1,5 V (tabela 1.1).

Com base nesse raciocnio, extremamente simples, conclumos facilmente que devemosevitar, sempre que possvel, o contato eltrico entre metais dissimilares, na construo deinstalaes industriais, principalmente quando as estruturas metlicas so enterradas ou submersas,conforme pode ser observados pelas figuras 1.5, 1.6, 1.7 e 1.8.


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Figura 1.5 Corroso da luva galvanizada em benefcio do tubo de ao.

Figura 1.6 Corroso no tubo de ao devido ligao eltrica com a vlvula de bronze.

Figura 1.7 Quando uma estrutura de ao enterrada aterrada com hastes e cabos de cobre ela sofre ataque corrosivo severo.


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Figura 1.8 Corroso devido diferena de potencial existente entre um tubo novo e um tubo velho.

A corroso que se processa em tubos de ferro fundido enterrados ou submersos, chamada decorroso graftica, resulta da ao, tambm, de uma pilhagalvnica semelhante s mostradas acima.O ferro se corre em benefcio da grafite existente na matriz fundida, e o tubo mantm sua forma esuas dimenses originais, mas perdendo suas propriedades mecnicas, j que s restar a massa degrafite.

1.2.2 Heterogeneidades do Ao

Os aos, largamente utilizados em instalaes enterradas e submersas, no so homogneos,possuindo incluses no metlicas, variaes de composio qumica e tenses internas diferentesresultantes dos processos de conformao e de soldagem. Essas variaes fazem com que assuperfcies do ao se comportem como se fossem constitudas de materiais metlicos diferentes. Aspilhas de corroso, formadas ao longo da superfcie do ao, tanto podem ser microscpicas comomacroscpicas e a intensidade do processo corrosivo depender, como no caso anterior, damagnitude da diferena de potencial que se estabelece nas pilhas formadas. O ataque corrosivo podeser generalizado, porm nunca uniforme e a superfcie corroda apresenta irregularidades comaspecto rugoso, resultante da alternncia das reas andicas e catdicas, sendo comum incidir emzonas preferenciais, com o desenvolvimento de alvolos mais profundos, podendo perfurar a paredemetlica.

Foto 1.2 Corroso em uma estrutura metlica.


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Figura 1.9 Pilhas de corroso devido no uniformidade do ao. A corroso ocorre nos pontos de potencial maisnegativos, onde a corrente abandona o tubo e penetra no solo.

1.2.3 Heterogeneidades do Solo

Os solos possuem heterogeneidades que, em conjunto com as heterogeneidades do ao,agravam os problemas de corroso, uma vez que tais variaes (resistividade eltrica, grau deaerao, composio qumica, grau de umidade e outras) do origem, tambm, a pilhas de corrosonas superfcies dos materiais neles enterrados.

As variaes da resistividade eltrica do solo, sempre presentes ao longo das instalaesenterradas, so as que produzem as mais severas pilhas de coroso naquelas estruturas (figura 1.10).

Figura 1.10 Pilha causada pela variao da resistividade eltrica do solo.

A resistividade eltrica do solo ou da gua um dos fatores mais importantes no processocorrosivo dos metais enterrados ou submersos, sendo que, quanto mais baixo o seu valor, maisfacilmente funcionam as pilhas de corroso e mais severo o processo corrosivo.


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Foto 1.3 Corroso em permutador de calor.

Acontece freqentemente que, embora uma tubulao seja construda ao longo de uma faixade alta resistividade eltrica (que nos levaria, inadvertidamente, em pensar na ocorrncia decorroso suave), ela atravessa alguns locais de resistividade eltrica mais baixa, sendo entoseveramente corroda devido ao aparecimento das chamadas macro-pilhas de corroso, onde ostrechos em contato com os solos de mais baixa resistividade funcionam como reas andicasseveras, corroendo-se em benefcio dos trechos em contato com as resistividades mais altasconforme mostrado na figura 1.11.

Figura 1.11 Macro-pilhas de corroso causadas pelas variaes das resistividades eltricas do solo.

Outro aspecto que contribui para o agravamento da corroso das tubulaes enterradas,principalmente as de grande dimetro, o fato de haver variaes no grau de aerao dos solos,conforme pode ser visto na figura 1.12.

A pilha formada nesses casos recebe o nome de pilha de aerao diferencial, com corosoacentuada nas regies mais pobres em oxignio, que se comportam como reas andicas, embenefcio das regies mais aeradas.


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Figura 1.12 Pilha de aerao diferencial.

1.2.4 Corroso Eletroltica

A corroso eletroltica um problema extremamente grave que, acelerando os processosacima citados, afligem as companhias proprietrias de tubulaes metlicas enterradas ousubmersas.Esse tipo de corroso conseqncia da existncia de correntes eltricas estranhas (correntecontnua) no solo em que passa a tubulao. Essas correntes, cuja existncia independe de quaisquerdissimilaridades dos materiais metlicos, dos solos ou das guas, podem ser oriundas de vriasfontes, sendo as mais danosas e comuns, na prtica, as provenientes das ferrovias eletrificadas emcorrente contnua.Nesses casos, a parte da tubulao que corroda (figura 1.13) funciona como anodo ativo de umacuba eletroltica, rigorosamente de acordo com a Lei de Faraday da Eletrlise, onde o peso tericodo material metlico destrudo proporcional intensidade de corrente (ampres), ao tempo dedescarga para o solo (segundos) e ao Equivalente eletroqumico do metal em causa(gramas/Coulomb). A tabela 1.2 apresenta as perdas de peso para os materiais metlicos de usomais comum.

Figura 1.13 Pilha de corroso eletroltica causada por estradas de ferro eletrificadas.


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TABELA 1.2

Perda de Peso Mnima de um Material Metlico, quando Sujeito Corroso Eletroltica

Metal Perda de pesoFe 9,1 kg/A . anoCu 10,4 kg/A . anoPb 33,8 kg/A . anoAl 2,9 kg/A . ano

A corroso, nessas circunstncias, extremamente severa, bastando lembrar-se que, para ocaso das tubulaes de ao revestidas, as fugas de corrente para o solo se processam em pontosconcentrados nas falhas do revestimento, podendo ocasionar furos na tubulao at mesmo empoucos dias, dependendo do caso, com a perda de poucos gramas do metal.

1.3 CORROSO POR BACTRIAS

A corroso por bactrias ou corroso microbiolgica em instalaes enterradas, menosfreqentemente de ser encontrada na prtica, resulta, de um modo geral, da ao de certos tipos debactrias, em especial as redutoras de sulfatos. A corroso por bactrias pode ser facilmenteeliminada com a utilizao dos sistemas de proteo catdica, convenientemente ajustados.

1.4 MTODOS DE PROTEO CONTRA A CORROSO

Todos os processos corrosivos acima citados podem ser eliminados com relativa facilidade ebaixo custo mediante a utilizao de um revestimento protetor convenientemente escolhido,complementado por um sistema de proteo catdica que, para o caso de existncia de correntes defuga de estradas de ferro eletrificadas, precisa ser utilizado por um sistema eficiente de drenagemdas correntes tubo/trilho (interligaes eltricas, atravs de diodos adequadamente dimensionados einstalados entre a tubulao enterrada e os trilhos da estrada de ferro).

1.4.1 Revestimentos Protetores

A escolha do revestimento a ser utilizado funo, entre outras variveius, das condies domeio onde a instalao ser construda. Os revestimentos betuminosos, aplicados a quente, vmsendo utilizados h muitos anos para a proteo de tubulaes, apresentando grande eficincia.Mais recentemente esto sendo usados, tambm, revestimentos por meio de fitas adesivas.O revestimento possui a finalidade especfica de formar uma barreira protetora, isolante, entre ometal e o solo ou gua, impedind, com isso, o funcionamento das pilhas de corroso. Desde que ascorrentes de corroso sejam impedidas de circular atravs do solo, a corroso cessa totalmente.Acontece, porm, que mesmo os revestimentos de boa qualidade, bem especificados e aplicadoscom o mximo rigor, mediante preparo adequado da superfcie, aplicao de primer conveniente,inspeo comholiday detector e reparos, possuem falhas, devido porosidade normal dos materiaisutilizados e aos danos decorrentes do transporte, manuseio e instalao, sem falar nas uniessoldadas, que so revestidas, muitas vezes precariamente, por meio de processo manual. Almdisso, as variaes das condies do solo contribuem para o envelhecimento da camada isolante,com o passar do tempo diminuindo progressivamente sua eficincia. Sempre acontece que umrevestimento com excelente eficincia imediatamente aps a construo da obra fica sujeito a vriasfalhas em tempo relativamente curto. As correntes de corroso fluindo atravs dessas falhas,normalmente em pontos concentrados, contribuem para corroso localizada, podendo furar a paredemetlica. No captulo 9 esto descritos os principais tipos de revestimentos normalmente utilizadospara as instalaes metlicas enterradas ou submersas, de um modo geral.

1.4.2 Proteo Catdica

O nico mtodo seguro e econmico para a proteo contra a corroso de instalaesmetlicas enterradas ou submersas, consiste no uso de um revestimento adequado, com aspreocupaes normais de aplicao e inspeo, complementado pela proteo catdica.


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A correta aplicao de um sistema de proteo catdica equivale obteno de umrevestimento perfeito, ou seja, totalmente isento de falhas, sendo que os revestimentos e a proteocatdica esto intimamente ligados. Quanto melhor o revestimento, mais baixo o custo da proteocatdica e quanto pior o revestimento, maior ser a quantidade de corrente necessria para protegeros tubos.

No captulo seguinte so descritos os princpios bsicos e os mtodos de aplicao dossistemas de proteo catdica, incluindo consideraes a respeito do seu custo.


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CAPTULO 2Proteo Catdica: Princpios Bsicos e Mtodos de Aplicao

2.1 INTRODUO

Com o desenvolvimento industrial que atravessa o Brasil, a utilizao de instalaesmetlicas enterradas ou submersas, tais como oleodutos, gasodutos, adutoras, redes de incndio,tubulaes industriais enterradas, minerodutos, navios, emissrios submarinos, plataformas depetrleo, piers de atracao de navios, tanques de armazenamento e muitas outras, tem sido cadavez mais freqente. Em conseqncia, os problemas de corroso aumentam em grandes propores,obrigando ao desenvolvimento e ao aperfeioamento de novas tcnicas para o seu combate econtrole, tais como a aplicao de novos processos metalrgicos, o uso de revestimentos protetorese o emprego de proteo catdica, j agora bastante conhecidas e difundidas entre ns.

Esse captulo trata da aplicao da tcnica de proteo catdica, considerando desde osprincpios envolvidos at os mtodos utilizados para o seu emprego eficiente.

A proteo catdica no uma tcnica recente, sendo utilizada h muitos anos nos pasesmais desenvolvidos, depois de ter sido experimentada pela primeira vez, na Inglaterra, em 1824, porSir Humphrey Davy, para retardar a corroso das chapas de cobre que revestiam os cascos demadeira dos navios, mediante a fixao, naquelas estruturas, de pequenos pedaos de outrosmateriais como o ferro, o estanho e o zinco.

No Brasil, o incio efetivo de sua utilizao se deu por volta de 1964, com a construo doOleoduto RioBelo Horizonte (ORBEL), da Petrobras. Mais recentemente, graas aplicaoeficiente das tcnicas de proteo catdica, as companhias de guas, de minerao, de energiaeltrica, de distribuio de gs, petrleo e derivados, as petroqumicas e indstrias, de um modogeral, tm encontrado maior facilidade para resolver os problemas de corroso causados pelo solo,pela gua ou por corrente de fuga, que aparecem com freqncia em suas instalaes metlicassubterrneas ou submersas.

Mais recentemente, tambm as armaduras de ao das obras de concreto armado esto sendoprotegidas catodicamente, com bastante sucesso, conforme apresentado com detalhes no captulo21.O emprego da proteo catdica no Brasil j se encontra bastante disseminado, sendo que todos osmateriais e equipamentos utilizados para a construo dos sistemas de proteo esto sendo aquifabricados, dentro das tcnicas mais atualizadas.

2.2 PRINCPIOS BSICOS

Quando uma instalao metlica encontra-se enterrada ou submersa, conforme mostrado nocaptulo anterior, existe sempre um fluxo de corrente, atravs do eletrlito, desde a rea andica at

a rea catdica, sendo que o retorno da corrente se processa por intermdio do circuito externo, queno caso das tubulaes enterradas constitudos pelos prprios tubos. Quando a corrente deixa oanodo ou rea andica e penetra no eletrlito, produz uma reao eletroqumica na sua superfcie.Essa reao envolve ons positivos do metal nas reas andicas e os ons negativos existentes noeletrlito, resultando, como produto de corroso, no composto do metal. A corrente migra atravsdo eletrlito e penetra na rea catdica, sendo que nessa regio os ons positivos provenientes dasoluo so liberados, geralmente sob a forma de hidrognio atmico. Freqentemente h odesprendimento de hidrognio gasoso, podendo, ainda, atravs de reaes secndrias, haver aformao de outros composto tais como hidroxilas, carbonatos e cloretos. Assim sendo, nas reascatdicas as reaes no se processam com o material metlico e, sim, c om o eletrlito, razo pelaqual existe ausncia de corroso. A formao de hidrognio e outros compostos sobre a superfciedo catodo conhecida com o nome de polarizao catdica, fenmeno que tende a reduzir aatividade da pilha de corroso. Entretanto, agentes despolarizantes, tais como o oxignio,


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combinam-se com o hidrognio, formando ons hidroxila ou gua, o que mantm a atividade daspilhas de corroso.

As reaes tpicas que ocorrem, para o caso do ao, so as seguintes:

Reao que ocorre com o metalFe Fe++ + 2e

Reaes que podem ocorrer no meio

Meio neutro no-aerado2H2O + 2e H2 + 20 H

Meio cido no-aerado2H+ + 2e H2

Meio cido aerado2H+ + O

2+ 2e H

2O

Meio neutro aeradoH2O + 1/2 O2 + 2e 2 OH

Evoluo das Reaes em Meio Aerado at a Formao da FerrugemFe++ + 20H Fe(OH)22Fe (OH)2 + H2O + O2 2 Fe (OH)3

)ferrugem(OHOFeouOHFeQ2)OH(Fe2 232OH2

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Em funo dessas consideraes, fica fcil concluir que, se conseguirmos fazer com quetoda a superfcie de uma instalao metlica, enterrada ou submersa, adquira comportamentocatdico, a estrutura no sofrer ataque corrosivo, ficando completamente protegida pela ao daproteo catdica. Isso pode ser conseguido provendo-se a estrutura de um fluxo de corrente deproteo, proveniente de uma fonte externa, com uma intensidade tal que seja capaz de anular ascorrentes de corroso das diversas pilhas existentes na superfcie metlica.

Quando a estrutura ficar totalmente polarizada, a corroso cessar. Na realidade, a corrosono eliminada mas, sim, transferida para um material metlico de custo baixo que usado comoanodo, enquando a valiosa instalao metlica, que pode ser uma tubulao, um casco de navio,uma estaca cravada no mar, uma plataforma de petrleo, a base de um tanque de armazenamento,ou a armadura de ao de uma obra de concreto, fica protegida.

Para melhor entender o fenmeno da proteo catdica, examinemos a equao fundamentalda corroso, mostrada abaixo:

REcEaI=

onde:I = corrente de corroso, que flui do anodo para o catodo (ampres);Ea Ec = diferena de potencial entre o anodo e o catodo (volts);R = soma da resistncia de sada da corrente do anodo para o eletrlito, com a

resistncia de entrada da corrente do eletrlito para o catodo (ohm).

Pela equao, verificamos que quando existe a diferena de potencial Ea Ec sobre asuperfcie de uma estrutura enterrada e quando a resistncia R possui um valor finito, a corrente


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de corroso I flui, com o aparecimento do processo corrosivo, na rea andica. Protegercatodicamente a estrutura significa evitar que a corrente continue fluindo, fazendo com que adiferena de potencial entre as reas andica e catdica seja nula.

Outra maneira de anular-se a corrente de corroso, como fcil concluir, consiste emaumentar infinitamente o valor da resistncia R, o que pode ser conseguido mediante a aplicaode um revestimento perfeito sobre a superfcie da estrutura, soluo no utilizada na prtica, umavez que tal revestimento economicamente invivel. Para a proteo da estrutura com a mximaeconomia so usados, com muita freqncia, os esquemas mistos de proteo anticorrosiva,utilizando-se um revestimento de custo vantajoso, com boas qualidades isolantes, complementadocom a instalao de um sistema de proteo catdica, de custo bastante baixo, j que a corrente deproteo a ser aplicada, agora, pode ser de intensidade muito inferior.Raciocinando de outra maneira, podemos dizer que a proteo catdica consiste em tornar positivoo potencial do solo ou gua que envolve a estrutura metlica que desejamos proteger, de tal maneiraque as correntes de corroso no possam mais abandonar, diretamente para o solo, a superfcie dometal.

Foto 2.1 Furo, causado por corroso, de uma tubulao de ao enterrada revestida, porm sem proteo catdica.

2.3 MTODOS DE APLICAO DA PROTEO CATDICA

Existem dois mtodos para a aplicao de um sistema de proteo catdica: o mtodogalvnico, ou por anoidos de sacrifcio, e o mtodo por corrente impressa. Em qualquer dos doisexiste um suprimenro de corrente contnua em quantidade tal que, penetrando, por exemplo, emuma tubulao enterrada, suficiente para eliminar as pilhas de corroso normalmente nelaexistentes. A escolha, na prtica, do mtodo a ser utilizado, depende da anlise de vriasconsideraes tcnicas e econmicas, sendo que cada qual tem suas vantagens e desvantagens.


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2.4 PROTEO CATDICA COM ANODOS GALVNICOS

Os anodos galvnicos, ou anodos de sacrifcio, so normalmente os escolhidos quando seprecisa de pouca quantidade de corrente para proteger a estrutura (revestimento de boa qualidade eestruturas de pequenas dimenses) e quando o solo possui baixa resistividade eltrica. As principaisvantatgens da utilizao de anodos galvnicos para proteger, por exemplo, um oleoduto enterrado,so as seguintes:

no requer suprimento de corrente alternada no local; os custos de manuteno, aps o sistema instalado, so mnimos; raramente aparecero poblemas de interferncia com outras instalaes metlicas enterradas; os custos de instalao so baixos.

Por outro lado, asdesvantagens so as seguintes: a quantidade de corrente fornecida estrutura limitada pela diferena de potencial,

bastante baixa, entre os anodos e a tubulao; a proteo ficar muito mais difcil se as resistividades eltricas do solo no local no forem

suficientemente baixas (no mximo 6.000 ohm.cm); se o revestimento dos tubos no for muito bom, ou se o oleoduto tiver grande dimetro e

grande comprimento, a proteo com anodos galvnicos ficar muito cara, devido grandequantidade de anodos a ser utilizada;

se a tubulao estiver influenciada por correntes de fuga, provenientes, por exemplo, de umaestrada de ferro eletrificada, dificilmente os anodos galvnicos sero eficientes.

Quando um anodo galvnico ligado a uma estrutura metlica enterrada, suge uma pilhagalvnica, conforme mostrado na figura 2.1.

Figura 2.1 Proteo catdica com anodo galvnico.

O anodo galvnico constitudo de um metal eletronegativo em relao estrutura e,quando ligado a ela, dentro de um eletrlito como o solo ou a gua, adquire comportamentoandico, liberando a corrente de proteo.


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A corrente emitida pelo anodo penetra na tubulao atravs do solo ou da gua, bloqueia ascorrentes de corroso e retorna ao seu ponto inicial, fechando o circuito por intermdio do fio decobre.Para a utilizao em solos, o magnsio e o zinco so bastante eficientes, sendo que para a gua domar o zinco e, mais recentemente, o alumnio, so os melhores anodos. Esses metais, utilizados emligas apropriadas, so eletronegativos em relao ao ao, podendo proteg-lo com facilidade.

Os anodos galvnicos so geralmente enterrados envoltos em uma mistura de gesso,bentonita e sulfato de sdio, que utilizada como enchimento condutor. Esse enchimento permite adiminuio da resistividade eltrica anodo/solo, reduz os efeitos da polarizao do anodo e distribuiuniformemente o seu desgaste.

As caractersticas mais importantes de um anodo galvnico so o seu potencial em circuitoaberto (potencial medido em relao ao solo, utilizando um eletrodo de referncia), a suacapacidade de corrente (expressa normalmente em A . hora-kg) e sua eficincia (expressa em %),conforme mostrado no captulo 6.

Quando se dimensiona um sistema de proteo catdica com anodos de sacrifcio, uma dasprimeiras preocupaes do projetista o clculo de sua vida, uma vez que em funo dela seroconsiderados os aspectos econmicos para a deciso sobre a sua utilizao. A vida dos anodosgalvnicos propocional ao peso, capacidade de corrente dos anodos utilizados e inversamenteproporcionalmente ao peso, capacidade de corrente dos anodos utilizados e inversamenteproporcional corrente liberada, sendo que o resultado precisa ser multiplicado pelo fator deutilizao, normalmente em torno de 85%, uma vez que, na medida em que o anodo se consome, acorrente liberada diminui, devido reduo das suas dimenses.

Os anodos galvnicos podem ser instalados isoladamente ou em grupos que recebem o nomede camas ou leitos. Assim sendo, outra preocupao do projetista determinar a quantidade decorrente que um leito de anodos poder liberar para a proteo da estrutura. Os principais fatoresque influenciam essa determinao so as dimenses e condies do revestimento da estrutura a serprotegida, a profundidade em que eles so enterrados, o nmero e espaamento dos anodosutilizados, o potencial da estrutura em relao ao solo e a composio qumica do metal empregado,sendo esta ltima fundamental, inclusive para o desempenho do anodo. As composies qumicasdos anodos precisam ser controladas com rigor, mediante especificaes existentes, sob pena dosistema projetado falhar totalmente se forem adquiridos e utilizados anodos com composioqumica for a de determinados limites para alguns elementos importantes. Esse aspecto nos leva necessidade de escolher com rigor o fabricante do material a ser utilizado.

Para exemplificar a utilizados dos anodos galvnicos, podemos indicar, em funo de nossaexperincia com a proteo de diversas estruturas enterradas, que uma tubulao de ao comdimetro de 8 e comprimento de 5 km, com revestimento convencional bem aplicado, base depiche de carvo, enterrada em solo com resistividade mdia em torno de 1.200 ohm.cm, pode sertotalmente protegida contra a corroso, por um perodo mnimo de 20 anos, mediante a instalao

de apenas 20 anodos convencionais de magnsio, convenientemente localizados em relao aostubos.Com relao escolha do tip de anodo a ser utilizado, precisamos analisar tanto o aspecto

tcnico quanto o econmico. De um modo geral, dependendo da flutuao do mercado, o custo porquilo do magnsio maior que o custo por quilo do zinco. Por outro lado, o anodo de magnsio, porter o seu potencial em circuito aberto mais alto, possui a propriedade de liberar mais corrente,podendo ser usado em solos com resistividade eltrica um pouco mais alta. Como indicao geral,podemos dizer que os anodos de zinco so mais econmicos quando utilizados em solos comresistividade eltrica abaixo de 1.000 ohm.cm. Como as resistividades eltricas que temosencontrado, na maioria das regies onde realizamos medies de campo, raramente se situamabaixo desse valor, podemos adiantar que, para instalaes terrestres, os anodos de magnsio somuito mais utilizados que os de zinco. Os anodos de zinco possuem maior aplicao na proteocatdica de estruturas de ao mergulhadas em gua do mar. Outra aplicao dos anodos de zinco,nos ltimos anos, tem sido no aterramento eltrico de equipamentos, tais como torres de linhas de


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transmisso eltrica e tanques de aramazenamento, em substituo s tradicionais malhas e hastesde cobre. Os anodos galvnicos, nesse caso, alm de proporcionarem bom aterramento, eliminam apilha de corroso ao/cobre antes existente e fornecem proteo catdica s estruturas enterradas.

Os anodos de alumnio esto sendo muito usados nos ltimos anos, sendo que os resultadostm sido excelentes, melhoes, inclusive, que os anodos de zinco, na proteo de estruturas de ao nomar, como, por exemplo, nas plataformas de petrleo, conforme mostrado no captulo 19.

2.5 PROTEO CATDICA POR CORRENTE IMPRESSA

O outro mtodo de aplicao de proteo catdica em uma instalao metlica enterrada ousubmersa utiliza uma fonte externa de fora eletromotriz, sendo, por isso mesmo, denominado demtodo por corrente impressa. As fontes externas de fora eletromotriz, largamente utilizadas naprtica, so os retificadores, equipamentos extremamente simples que, alimentados por intermdiode um circuito de corrente alternada, fornecem a quantidade de corrente contnua necessria para aeliminao das pilhas de corroso existentes na superfcie metlica que se deseja proteger.Alm dos retificadores de corrente, podem tambm ser utilizados, como fontes de f.e.m., emboramenos comuns, as unidades geradoras alimentadas a gs, os geradores termoeltricos, os geradoresmovidos a vento, ou outro tipo qualquer de equipamento capaz de fornecer a corrente contnuanecessria ao sistema de proteo catdica.

Foto 2.2 Anodos galvnicos de alumnio para a proteo de plataformas de petrleo.

Nesse captulo consideraremos apenas os retificadores, uma vez que, no mundo inteiro, elesconstituem a grande maioria dentre as fontes de fora eletromotriz utilizadas para a aplicao daproteo catdica por corrente impressa.

Em conjunto com os retificadores, o mtodo por corrente impressa utiliza anodos, tanto

quanto possvel inertes no solo ou na gua.


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Asvantagens para a apliao do mtodo por corrente impressa so: possibilidade de fornecer maiores quantidades de corrente s estruturas; possibilidade de controlar as quantidades de corrente fornecidas; possibilidade de ser aplicado em qualquer eletrlito, mesmo naqueles de elevada

resistividade eltrica; possibilidade de ser aplicado, com eficcia, para a proteo de estruturas nuas ou

pobremente revestidas; possibilidade de ser aplicado, com economia, para a proteo de instalaes metlicas degrande porte.

Figura 2.2 Proteo catdica por corrente impressa.

Asdesvantagens para a utilizao desse mtodo so a necessidade de manuteno peridica,ainda que de fcil realizao, o dispndio com a energia eltrica consumida, embora de poucamonta, e a possibilidade de criar problemas de interferncia com outras estruturas metlicasenterradas nas proximidades, o que pode ser evitado com facilidade.

No sistema por corrente impressa, uma pilha eletroltica gerada, na qual fazemos com quea estrutura a ser protegida funcione como catodo e a cama de anodos utilizada libere corrente para osolo. Os anodos utilizados na prtica so construdos de grafite ou de ligas metlicas, como as deferro e silcio, e as de chumbo, antimnio e prata, sendo que as hastes de titnio ou nibio comrevestimento muito fino de platina ou de xidos especiais, so tambm utilizadas. Nos ltimos anosforam desenvolvidos anodos no metlicos, base de polmeros especiais. Para os diversos tipos ecaractersticas dos anodos inertes, consultar a tabela 6.2, do captulo 6.

Construdos de materiais apropriados, os anodos, ao liberarem corrente para o solo emdireo estrutura que se encontra ligada ao negativo do retificador, sofrem desgaste suave, quedepende do material utilizado e da densidade de corrente (a/m2) aplicada nas suas superfcies,conforme mostrado no captulo 6.

A grande vantagem desse mtodo a possibilidade de poder-se regular, com extremafacilidade, em funo das medies dos potenciais estrutura/solo, a corrente de proteo liberadapelos anodos, mediante ajuste nostaps de sada do retificador.


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Foto 2.3 Anodo inerte de ferro-silcio.

O retificador constitui-se, basicamente, de um transformador que abaixa a tenso dealimentao para o valor desejado no circuito de proteo catdica, de uma coluna retificadora, quepode ser construda com placas de selnio ou com diodos de silcio, de instrumentos para asmedies das voltagens e das correntes de sada, de um hormetro, de dispositivos convencionais deproteo eltrica, como pra-raios, fusveis e disjuntores, alm detaps, para a regulagem da tensode sada em corrente contnua.

Os anodos so instalados na posio vertical ou horizontal, sendo comum o uso deenchimento condutor de coque metalrgico modo. Quando o coque convenientementecompactado em torno do anodo, obtm-se menor resistncia de sada da corrente para o solo, almda diminuio do consumo do anodo, uma vez que boa parte da corrente descarregada porintermdio do coque metalrgico.Para o dimensionamento criterioso de um sistema de proteo catdica, torna-se necessrio umlevantamento de campo no local, onde precisam ser realizados testes, medies, inspeo visual eanotaes a respeito das condies encontradas. Mediante a anlise criteriosa dos dados assimobtidos, o projetista de proteo catdica possui condies de determoinar a quantidade total decorrente a ser instalada, o uso de anodos galvnicos ou de retificadores, o nmero, tipo, dimenses,profundidade e espaamento dos anodos a serem utilizados e todas as outras variveis envolvidas.


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Foto 2.4 Retificador de corrente para proteo catdica.

2.6 CORRENTE NECESSRIA PARA PROTEO CATDICA

A corrente necessria para proteo catdica dependente fundamentalmente de vrios fatores: rea a proteger e condies do revestimento; resistividade eltrica do solo; dificuldades de polarizao da estrutura; forma geomtrica da estrutura.

Devido s grandes variaes existentes nos fatores acima relacionados, seja de uma estruturapara outra ou numa mesma estrutura, podemos afirmar que a nica maneira de se avaliar, compreci

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