Sistema de proteo catdica_capI

  • Published on
    09-Jul-2015

  • View
    129

  • Download
    0

Transcript

CAPTULO 1 Corroso em Instalaes Metlicas Enterradas ou Submersas 1.1 INTRODUO O presente captulo analisa os principais tipos de corroso a que esto sujeitas as instalaes metlicas 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, redes de incndio, armaduras de ao de concreto e muitas outras, largamente utilizadas em obras de engenharia. O conhecimento dos processos corrosivos que atacam essas instalaes de extrema importncia, no s pelo patrimnio valioso que elas representam para as indstrias, empresas de gs, de petrleo, de minerao, petroqumicas, estaleiros, armadores e companhias de saneamento e guas, mas tambm para o estudo adequado e perfeita aplicao das tcnicas de combate corroso para 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 envolve metais e um eletrlito, composto, de um modo geral, de substncias qumicas e gua, as quais se combinam formando pilhas capazes de gerar uma corrente eltrica. Os solos, por mais secos que paream, sempre contm gua e funcionam, normalmente, como excelentes eletrlitos para a passagem dessa corrente. Quando uma tubulao de ao ou de ferro enterrada, ela fica sob a ao de processos corrosivos, 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, como acontece 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 em contato com o solo, existe uma diferena de potencial entre esse metal e o solo. Essa diferena de potencial, 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. 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 acordo com a tabela 1.1, conhecida como Srie Galvnica Prtica. TABELA 1.1 Srie Galvnica Prtica Metal Magnsio comercialmente puro Liga de magnsio (6% Al, 3% Zn, 0,15% Mn) Zinco Liga de alumnio (5% Zn) Alumnio comercialmente puro Ao (limpo) Ao enferrujado Ferro fundido (no grafitizado) Potencial (volts)(1) 1,75 1,60 1,10 1,05 0,80 0,50 a 0,80 0,20 a 0,50 0,50 1

Chumbo 0,50 Ao em concreto 0,20 Cobre, bronze, lato 0,20 Ferro fundido com alto teor de silcio 0,20 Carbono, 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 ser facilmente 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 a um tubo de ao tambm enterrado, a diferena de potencial que existe entre o magnsio e o ao (1,0 V, aproximadamente) produzir um fluxo de corrente entre o magnsio, o solo, o ao e o condutor eltrico, conforme mostrado na figura 1.3. Figura 1.3 Formao de uma pilha galvnica. O sentido convencional da corrente se estabelece sempre a partir do metal de potencial mais negativo, atravs do solo, para o metal de potencial menos negativo (o movimento de eltrons se processa em sentido inverso), formando assim a chamada pilha de corroso galvnica. Quando isso acontece, o metal que libera corrente para o solo se corre, adquirindo comportamente andico, sendo chamado de anodo e o metal que recebe a corrente do solo fica protegido, adquirindo comportamento catdico, sendo intitulado de catodo da pilha formada. Essa propriedade dos metais utilizada para o combate corroso de uma estrutura de ao enterrada ou submersa e essa tcnica recebe o nome de proteo catdica, como veremos mais adiante. A mesma tcnica utilizada h muitos anos, em escala industrial, para a construo de pilhas 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 devemos evitar, sempre que possvel, o contato eltrico entre metais dissimilares, na construo de instalaes 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. 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. 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 de corroso graftica, resulta da ao, tambm, de uma pilha galvnica semelhante s mostradas acima. O ferro se corre em benefcio da grafite existente na matriz fundida, e o tubo mantm sua forma e suas dimenses originais, mas perdendo suas propriedades mecnicas, j que s restar a massa de grafite. 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 diferentes resultantes dos processos de conformao e de soldagem. Essas variaes fazem com que as superfcies do ao se comportem como se fossem constitudas de materiais metlicos diferentes. As pilhas de corroso, formadas ao longo da superfcie do ao, tanto podem ser microscpicas como macroscpicas e a intensidade do processo corrosivo depender, como no caso anterior, da magnitude da diferena de potencial que se estabelece nas pilhas formadas. O ataque corrosivo pode ser generalizado, porm nunca uniforme e a superfcie corroda apresenta irregularidades com aspecto rugoso, resultante da alternncia das reas andicas e catdicas, 2

sendo comum incidir em zonas preferenciais, com o desenvolvimento de alvolos mais profundos, podendo perfurar a parede metlica. Foto 1.2 Corroso em uma estrutura metlica. Figura 1.9 Pilhas de corroso devido no uniformidade do ao. A corroso ocorre nos pontos de potencial mais negativos, 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 de aerao, composio qumica, grau de umidade e outras) do origem, tambm, a pilhas de corroso nas superfcies dos materiais neles enterrados. As variaes da resistividade eltrica do solo, sempre presentes ao longo das instalaes enterradas, 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 processo corrosivo dos metais enterrados ou submersos, sendo que, quanto mais baixo o seu valor, mais facilmente funcionam as pilhas de corroso e mais severo o processo corrosivo. Foto 1.3 Corroso em permutador de calor. Acontece freqentemente que, embora uma tubulao seja construda ao longo de uma faixa de alta resistividade eltrica (que nos levaria, inadvertidamente, em pensar na ocorrncia de corroso suave), ela atravessa alguns locais de resistividade eltrica mais baixa, sendo ento severamente corroda devido ao aparecimento das chamadas macro-pilhas de corroso, onde os trechos em contato com os solos de mais baixa resistividade funcionam como reas andicas severas, corroendo-se em benefcio dos trechos em contato com as resistividades mais altas conforme 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 coroso acentuada nas regies mais pobres em oxignio, que se comportam como reas andicas, em benefcio das regies mais aeradas. Figura 1.12 Pilha de aerao diferencial. 1.2.4 Corroso Eletroltica A corroso eletroltica um problema extremamente grave que, acelerando os processos acima citados, afligem as companhias proprietrias de tubulaes metlicas enterradas ou submersas. Esse tipo de corroso conseqncia da existncia de correntes eltricas estranhas (corrente contnua) no solo em que passa a tubulao. Essas correntes, cuja existncia independe de quaisquer dissimilaridades dos materiais metlicos, dos solos ou das guas, podem ser oriundas de vrias fontes, sendo as mais danosas e comuns, na prtica, as provenientes das ferrovias eletrificadas em corrente contnua. Nesses casos, a parte da tubulao que corroda (figura 1.13) funciona como anodo ativo de uma cuba eletroltica, rigorosamente de acordo com a Lei de Faraday da Eletrlise, onde o peso terico do material metlico destrudo proporcional intensidade de corrente (ampres), ao tempo de descarga 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 uso mais comum. Figura 1.13 Pilha de corroso eletroltica causada por estradas de ferro eletrificadas. TABELA 1.2 Perda de Peso Mnima de um Material Metlico, quando Sujeito Corroso Eletroltica

3

Metal Fe Cu Pb Al

Perda de peso 9,1 kg/A . ano 10,4 kg/A . ano 33,8 kg/A . ano 2,9 kg/A . ano

A corroso, nessas circunstncias, extremamente severa, bastando lembrar-se que, para o caso das tubulaes de ao revestidas, as fugas de corrente para o solo se processam em pontos concentrados nas falhas do revestimento, podendo ocasionar furos na tubulao at mesmo em poucos 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, menos freqentemente de ser encontrada na prtica, resulta, de um modo geral, da ao de certos tipos de bactrias, em especial as redutoras de sulfatos. A corroso por bactrias pode ser facilmente eliminada 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 e baixo 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 de fuga de estradas de ferro eletrificadas, precisa ser utilizado por um sistema eficiente de drenagem das correntes tubo/trilho (interligaes eltricas, atravs de diodos adequadamente dimensionados e instalados 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 do meio onde a instalao ser construda. Os revestimentos betuminosos, aplicados a quente, vm sendo 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 o metal e o solo ou gua, impedind, com isso, o funcionamento das pilhas de corroso. Desde que as correntes 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 aplicados com o mximo rigor, mediante preparo adequado da superfcie, aplicao de primer conveniente, inspeo com holiday detector e reparos, possuem falhas, devido porosidade normal dos materiais utilizados e aos danos decorrentes do transporte, manuseio e instalao, sem falar nas unies soldadas, que so revestidas, muitas vezes precariamente, por meio de processo manual. Alm disso, 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 um revestimento com excelente eficincia imediatamente aps a construo da obra fica sujeito a vrias falhas em tempo relativamente curto. As correntes de corroso fluindo atravs dessas falhas, normalmente em pontos concentrados, contribuem para corroso localizada, podendo furar a parede metlica. No captulo 9 esto descritos os principais tipos de revestimentos normalmente utilizados para 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 instalaes metlicas enterradas ou submersas, consiste no uso de um revestimento adequado, com as preocupaes normais de aplicao e inspeo, complementado pela proteo catdica. A correta aplicao de um sistema de proteo catdica equivale obteno de um revestimento perfeito, ou seja, totalmente isento de falhas, sendo que os revestimentos e a proteo catdica esto intimamente ligados. Quanto melhor o revestimento, mais baixo o custo da proteo catdica e quanto pior o revestimento, maior ser a quantidade de corrente necessria para proteger os tubos. No captulo seguinte so descritos os princpios bsicos e os mtodos de aplicao dos sistemas de proteo catdica, incluindo consideraes a respeito do seu custo.

4

Recommended

View more >