Corrosão, 6ª edição

Autor(es): GENTIL, Vicente
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Em sua 6ª edição, Corrosão mantém-se como referência para estudantes e profissionais da área. Obra-prima do gênero, o livro foi atualizado levando em conta importantes mudanças ocorridas no Brasil e no mundo. A exploração do pré-sal, inovações tecnológicas na instrumentação de campo, novas técnicas eletroquímicas e nas formulações de tintas e inibidores são alguns dos tópicos abordados nesta edição, com especial atenção e zelo à questão ambiental. Além disso, a parte experimental merece destaque por ser peça fundamental na comprovação do conhecimento teórico. Os materiais extras (antes disponíveis em CD-ROM) foram todos transferidos para o GEN-IO (repositório de materiais suplementares do Grupo GEN).

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1 - Corrosão

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Corrosão

1.1 CONCEITOS

Num aspecto muito difundido e aceito universalmente podese definir corrosão como a deterioração de um material, geralmente metálico, por ação química ou eletroquímica do meio ambiente associada ou não a esforços mecânicos. A deterioração causada pela interação físico-química entre o material e o seu meio operacional representa alterações prejudiciais indesejáveis, sofridas pelo material, tais como desgaste, variações químicas ou modificações estruturais, tornando-o inadequado para o uso.

A deterioração de materiais não metálicos, como, por exemplo, concreto, borracha, polímeros e madeira, devida à ação química do meio ambiente, é considerada também, por alguns autores, como corrosão. Assim, a deterioração do cimento portland, empregado em concreto, por ação de sulfato, é considerada um caso de corrosão do concreto; a perda de elasticidade da borracha, devida à oxidação por ozônio, pode também ser considerada como corrosão; a madeira exposta à solução de ácidos e sais

 

2 - Oxidação-Redução

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Oxidação-Redução

2.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS

A corrosão é, em geral, um processo espontâneo, e, não fora o emprego de mecanismos protetores, ter-se-ia a destruição completa dos materiais metálicos, já que os processos de corrosão são reações químicas e eletroquímicas que se passam na superfície do metal e obedecem a princípios bem estabelecidos.

O fato de a corrosão ser, geralmente, uma reação de superfície faz supor que ela possa ser controlada pelas propriedades do produto de corrosão. O composto metálico formado pode agir como uma barreira entre o meio corrosivo e o metal, diminuindo, assim, a velocidade de corrosão do metal. Esse fato é frequentemente observado na reação entre metais e meios gasosos. Quando o produto de corrosão puder ser removido, a velocidade de corrosão não deverá sofrer diminuição com o tempo. Esse caso ocorre quando se formam produtos de corrosão solúveis ou quando os produtos de corrosão são formados em locais que se situam entre as áreas que sofreram e as que não sofreram a ação do meio corrosivo.

 

3 - Potencial de Eletrodo – Diagramas de Pourbaix

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Potencial de Eletrodo —

Diagramas de Pourbaix

Como se constatou no capítulo anterior, quando os metais reagem têm tendência a perder elétrons, sofrendo oxidação e, consequentemente, corrosão. Verifica-se experimentalmente que os metais apresentam diferentes tendências à oxidação. Assim, em presença de ar e umidade nota-se que o ferro tem maior tendência a se oxidar do que o níquel e que o ouro não se oxida. É, portanto, de grande ajuda para o estudo ou previsão de alguns processos corrosivos dispor os metais em uma tabela que indique a ordem preferencial de cessão de elétrons. Esta tabela é conhecida por tabela de potenciais de eletrodo.

A elaboração e a utilização desta tabela serão consideradas a seguir.

3.1 COMPORTAMENTO DE UM METAL EM

SOLUÇÕES ELETROLÍTICAS

A imersão de um metal, sob a forma de lâmina, placa, bastão, fio, tela, etc. nas soluções eletrolíticas, determina o estabelecimento de uma diferença de potencial entre as duas fases: a sólida e a líquida. Esta diferença de potencial é, simultaneamente, de natureza elétrica e de natureza química, e por isso se denomina diferença de potencial eletroquímico.

 

4 - Pilhas Eletroquímicas

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Pilhas Eletroquímicas

4.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS

No estudo da corrosão as pilhas eletroquímicas são de grande importância, daí a apresentação daquelas mais influentes nos processos corrosivos.

Basicamente uma pilha eletroquímica apresenta os seguintes componentes: a) anodo: eletrodo em que há oxidação (corrosão) e onde a corrente elétrica, na forma de íons metálicos positivos, entra no eletrólito; b) eletrólito: condutor (usualmente um líquido) contendo íons que transportam a corrente elétrica do anodo para o catodo; c) catodo: eletrodo onde a corrente elétrica sai do eletrólito ou o eletrodo no qual as cargas negativas (elétrons) provocam reações de redução; d) circuito metálico: ligação metálica entre o anodo e o catodo por onde escoam os elétrons, no sentido anodo-catodo.

Retirando-se um desses componentes elimina-se a pilha e, consequentemente, diminui a possibilidade de corrosão. Evi-

Ϫ

ϩ

ϩ

Ϫ

dentemente, podem-se retirar o catodo, a ligação metálica ou o eletrólito. O anodo, sendo a própria estrutura metálica que se deseja proteger, não pode ser retirado, então aplica-se nele revestimento protetor e/ou proteção catódica.

 

5 - Formas de Corrosão

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Formas de Corrosão

Os processos de corrosão são considerados reações químicas heterogêneas ou reações eletroquímicas que se passam geralmente na superfície de separação entre o metal e o meio corrosivo.

Considerando-se como oxidação-redução todas as reações químicas que consistem em ceder ou receber elétrons, podem-se considerar os processos de corrosão como reações de oxidação dos metais, isto é, o metal age como redutor, cedendo elétrons que são recebidos por uma substância, o oxidante, existente no meio corrosivo. Logo, a corrosão é um modo de destruição do metal, progredindo através de sua superfície.

A corrosão pode ocorrer sob diferentes formas, e o conhecimento das mesmas é muito importante no estudo dos processos corrosivos.

As formas (ou tipos) de corrosão podem ser apresentadas considerando-se a aparência ou forma de ataque e as diferentes causas da corrosão e seus mecanismos. Assim, pode-se ter corrosão segundo:

• a morfologia — uniforme, por placas, alveolar, puntiforme ou por pite, intergranular (ou intercristalina), intragranular (ou transgranular ou transcristalina), filiforme, por esfoliação, grafítica, dezincificação, em torno de cordão de solda e empolamento pelo hidrogênio;

 

6 - Corrosão: Mecanismos Básicos

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Corrosão: Mecanismos

Básicos

No estudo dos processos corrosivos devem ser sempre consideradas as variáveis dependentes do material metálico, do meio corrosivo e das condições operacionais, pois o estudo conjunto dessas variáveis permitirá indicar o material mais adequado para ser utilizado em determinados equipamentos ou instalações. Entre essas variáveis devem ser consideradas:

costado do tanque, e, como é insolúvel no ácido concentrado, protege contra posterior ataque; já o ácido sulfúrico diluído está mais ionizado pela água, sendo mais corrosivo e formando

• material metálico — composição química, presença de impurezas, processo de obtenção, tratamentos térmicos e mecânicos, estado da superfície, forma, união de materiais (solda, rebites etc.), contato com outros metais;

• meio corrosivo — composição química, concentração, impurezas, pH, temperatura, teor de oxigênio, pressão, sólidos suspensos;

• condições operacionais — solicitações mecânicas, movimento relativo entre material metálico e meio, condições de imersão no meio (total ou parcial), meios de proteção contra a corrosão, operação contínua ou intermitente.

 

7 - Meios Corrosivos

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Meios Corrosivos

Neste capítulo, são apresentados os meios corrosivos mais frequentemente encontrados: atmosfera, águas naturais, solo e produtos químicos e, em menor escala, alimentos, substâncias fundidas, solventes orgânicos, madeira e plásticos.

Deve-se destacar a importância que representa a natureza do meio corrosivo que se encontra na imediata proximidade da superfície metálica.1 Assim, por exemplo, no caso de trocadores de calor, o meio corrosivo vai apresentar uma temperatura mais elevada na parte em contato imediato com a superfície metálica dos tubos. Tal fato pode acarretar uma decomposição, nesta região, dos produtos usados para tratamento da água, como no caso de polifosfatos que, por elevação de temperatura, sofrem reversão para fosfatos, podendo depositar nos tubos fosfato de cálcio, Ca3(PO4)2. Outro exemplo que evidencia a importância do meio na imediata proximidade da superfície metálica é o caso do crescimento do pite por ação autocatalítica, conforme apresentado no Cap. 5. É evidente, também, que no caso de o material metálico reagir com o meio corrosivo e formar uma película passivadora, essa irá influenciar na posterior ação corrosiva do meio.

 

8 - Heterogeneidades Responsáveis por Corrosão Eletroquímica

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Heterogeneidades

Responsáveis por Corrosão

Eletroquímica

A corrosão eletroquímica pode ocorrer sempre que existir heterogeneidade no sistema material metálico-meio corrosivo, pois a diferença de potencial resultante possibilita a formação de

áreas anódicas e catódicas.

Os casos mais frequentes de heterogeneidades responsáveis por corrosão eletroquímica estão relacionados com o material metálico ou com o meio corrosivo.

8.1 MATERIAL METÁLICO

Contornos dos grãos — nos limites dos grãos cristalinos os

átomos apresentam certo desarranjo decorrente do encontro entre os grãos, o que determina frequentemente certas imperfeições no interior dos cristais. É evidente que o limite entre dois grãos quaisquer é uma região heterogênea em comparação com o grão.

Não somente pode variar a orientação dos átomos, em grãos adjacentes, mas também pequenas partículas, de fase diferente da solução sólida inicial, podem se formar seletivamente nessa região dos contornos dos grãos.

 

9 - Corrosão Galvânica

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Corrosão Galvânica

Quando dois materiais metálicos, com diferentes potenciais, estão em contato em presença de um eletrólito, ocorre uma diferença de potencial e a consequente transferência de elétrons. Temse então o tipo de corrosão chamado corrosão galvânica, que resulta do acoplamento de materiais metálicos dissimilares imersos em um eletrólito, causando uma transferência de carga elétrica de um para outro, por terem potenciais elétricos diferentes.

Ela se caracteriza por apresentar corrosão localizada próxima à região do acoplamento, ocasionando profundas perfurações no material metálico que funciona como anodo.

Quando materiais metálicos de potenciais elétricos diversos estão em contato, a corrosão do material metálico que funciona como anodo é muito mais acentuada que a corrosão isolada desse material sob a ação do mesmo meio corrosivo. A corrosão do material que funciona como catodo é muito baixa e acentuadamente menor que a que ocorre quando o material sofre corrosão isolada. Essa afirmativa é comprovada pela Tabela 9.1,1 em que se tem corrosão de placas de ferro e de um segundo metal, acoplados e totalmente imersos em solução aquosa de cloreto de sódio a 1%.

 

10 - Corrosão Eletrolítica

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Corrosão Eletrolítica

Os casos de corrosão estudados anteriormente envolveram sempre processos eletroquímicos espontâneos, isto é, a diferença de potencial se origina dos potenciais próprios dos materiais metálicos no processo corrosivo. Existem, entretanto, correntes ocasionadas por potenciais externos que produzem casos severos de corrosão. Dutos enterrados, como oleodutos, gasodutos, adutoras, minerodutos e cabos telefônicos, estão frequentemente sujeitos a esses casos em virtude das correntes elétricas de interferência, que são correntes elétricas de sentido convencional, as quais abandonam o seu circuito normal para fluir pelo solo ou pela água. Essas correntes elétricas são chamadas de correntes de fuga, estranhas, parasitas, vagabundas ou espúrias.

Quando elas atingem instalações metálicas enterradas podem ocasionar corrosão nas superfícies onde abandonam a estrutura metálica, penetram no solo para, através dele, retornarem ao ponto adequado do circuito metálico original. Igual fenômeno pode ocorrer quando o duto estiver imerso em água.

 

11 - Corrosão Seletiva: Grafítica e Dezincificação

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Corrosão Seletiva:

Grafítica e Dezincificação

Algumas ligas sofrem uma deterioração que se realiza preferencialmente em um dos seus componentes, permanecendo intactos os restantes. Esta deterioração denomina-se corrosão seletiva. Este tipo de corrosão ocorre com maior frequência no ferro fundido, nos latões (ligas de cobre-zinco) e, mais raramente, a desniquelação em ligas de cobre (70%) e níquel (30%) em temperaturas acima de 100°C e a desaluminização em ligas de cobre contendo alumínio (81 Cu, 11 Al, 4 Fe e 4 Ni).

11.1 CORROSÃO GRAFÍTICA

A corrosão grafítica é a corrosão que ocorre no ferro fundido cinzento a temperaturas ambientes, na qual o ferro sofre corrosão, restando a grafite intacta. Inicialmente, devido a uma heterogeneidade qualquer, o ferro é oxidado e a grafite permanece inalterável, formando-se, então, a pilha

Fe/Condutor eletrolítico/Grafite

na qual a grafite se comporta como catodo em relação à matriz de ferrita (α-Fe), sendo esta corroída, restando carbono grafítico:

 

12 - Corrosão Induzida por Micro-organismos

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Corrosão Induzida por

Micro-organismos

12.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS

A corrosão induzida por micro-organismos, também chamada microbiana ou microbiológica, é aquela em que a corrosão do material metálico se processa sob a influência de micro-organismos, mais frequentemente bactérias, embora existam exemplos de corrosão atribuídos a fungos e algas. Quando ocasionada por bactérias é também chamada de corrosão bacteriana.

Dada a variedade de ambientes que podem proporcionar crescimento de bactérias, algas ou fungos, muitos são os equipamentos que podem sofrer a corrosão induzida por micro-organismos.

Entre esses ambientes podem ser citados a água do mar, de rios e de sistemas de resfriamento, regiões pantanosas, sedimentos oleosos, solos contendo resíduos orgânicos ou sais como sulfatos, sulfetos, nitratos, fosfatos ou ainda enxofre.

12.2 CASOS

Casos relacionados com deterioração microbiana podem aparecer em diversos materiais, metálicos ou não metálicos, e para ilustrar a importância desses casos serão citados alguns deles.

 

13 - Velocidade de Corrosão, Polarização e Passivação

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Velocidade de Corrosão,

Polarização e Passivação

13.1 VELOCIDADE DE CORROSÃO

A velocidade de corrosão pode se classificar em velocidade média de corrosão e velocidade instantânea de corrosão. Ambas são de grande interesse no estudo de processos corrosivos. Com base na velocidade média de corrosão, pode-se estimar o tempo de vida útil de uma determinada estrutura. Com base na variação da velocidade instantânea, pode-se, por exemplo, verificar a necessidade de aumentar ou diminuir a concentração de um inibidor num dado momento.

A velocidade média de corrosão pode ser obtida pela medida da diferença de peso apresentada pelo material metálico ou pela determinação da concentração de íons metálicos em solução durante intervalos de tempo de exposição ao meio corrosivo. A dimensão dessas medidas será sob a forma ML–2 T–1 (mg dm–2 dia–

1

, g m–2 h etc.) ou L T−1 (mm · ano−1). O conjunto de medidas ao longo do tempo é registrado em gráficos (Fig. 13.1) que podem evidenciar os seguintes aspectos:

 

14 - Oxidação e Corrosão em Temperaturas Elevadas

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Oxidação e Corrosão em Temperaturas

Elevadas

A importância do emprego de materiais metálicos em equipamentos que operam em altas temperaturas justifica um desenvolvimento mais detalhado das principais características da oxidação e corrosão em temperaturas elevadas. Veja anexo no final deste capítulo.

14.1 FORMAÇÃO DA PELÍCULA DE OXIDAÇÃO

A quase totalidade dos metais usados industrialmente, bem como suas ligas, é suscetível de sofrer corrosão quando exposta a agentes oxidantes como, por exemplo, oxigênio, enxofre, halogênios, dióxido de enxofre, SO2, gás sulfídrico, H2S, e vapor de água. Esse comportamento resulta do fato de as reações desses metais com esses oxidantes serem exotérmicas, sendo, portanto, termodinamicamente possíveis em temperaturas elevadas, onde o decréscimo de energia livre é menor, a reação é mais favorecida cineticamente e a velocidade de oxidação é consideravelmente maior.

A possibilidade de formação de um óxido, sulfeto ou outro composto, sobre um determinado material metálico, pode ser determinada termodinamicamente pelo cálculo da variação de energia livre do sistema respectivo: metal mais oxigênio dando

 

15 - Corrosão Associada a Solicitações Mecânicas

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Corrosão Associada a

Solicitações Mecânicas

15.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS

Os casos de corrosão estudados anteriormente foram devidos somente à ação do meio corrosivo. Observou-se, na maioria deles, acentuada perda de massa do material corroído. Entretanto, se houver uma associação de meio corrosivo e solicitações mecânicas, o material pode sofrer um processo de deterioração acelerado, mesmo sem perda acentuada de massa, podendo ocorrer fraturas, colocando fora de operação o equipamento deteriorado e trazendo problemas com a segurança das instalações e dos operadores das mesmas. Trincas são nucleadas a partir da superfície de contato com o meio corrosivo ou mesmo internamente, havendo um regime de iniciação e um regime de propagação dessas trincas, que podem afetar a integridade da estrutura. Podem ocorrer falhas de modo repentino, havendo dificuldades de sua detecção pelos métodos convencionais de inspeção.

Os processos de corrosão permanecem como um grande desafio para a busca da garantia de integridade de materiais estruturais em meios corrosivos. No cenário brasileiro atual tem-se como exemplo as demandas de materiais para a exploração, produção e transporte de óleo e gás na região do pré-sal. As condições de corrosividade dos meios envolvidos se somam às elevadas tensões atuantes, causadas pelas grandes profundidades no mar e elevadas pressões de surgência do óleo e do gás a ser extraído.

 

16 - Água – Ação Corrosiva

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Água — Ação Corrosiva

Como apresentado no Cap. 7, vários contaminantes ou impurezas podem estar presentes na água e, dependendo de sua finalidade, a influência desses contaminantes na ação corrosiva da

água deve ser considerada com maior ou menor detalhamento.

Justifica-se, portanto, a apresentação da ação corrosiva de água potável, água do mar, água de resfriamento e água para geração de vapor, reúso de águas provenientes de esgotos e de processos industriais.

16.1 IMPUREZAS — VARIÁVEIS INFLUENTES

• sais dissolvidos como, por exemplo, cloretos de sódio, de ferro e de magnésio, carbonato de sódio, bicarbonatos de cálcio, de magnésio e de ferro;

• gases dissolvidos — oxigênio, nitrogênio, gás sulfídrico, óxidos de enxofre, SO2 e SO3, amônia, cloro e gás carbônico;

• matéria orgânica;

• sólidos suspensos;

• bactérias — crescimento biológico.

Na apreciação da ação corrosiva da água devem ser consideradas, ainda, as variáveis influentes como pH, temperatura, velocidade e ação mecânica.

 

17 - Corrosão em Concreto

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Corrosão em Concreto

17.1 INTRODUÇÃO

O concreto é um material de construção de grande e diversificado uso, daí sua durabilidade ser fator importante na avaliação de um projeto.

As estruturas de concreto são projetadas e executadas para manter condições mínimas de segurança, estabilidade e funcionalidade durante um tempo de vida útil, sem custos não previstos de manutenção e de reparos.

O concreto é constituído principalmente de cimento, areia,

água e agregados de diferentes tamanhos. Em alguns casos são usados aditivos como plastificantes e microssílica.

As matérias-primas usadas na fabricação do cimento portland são, principalmente, calcário, sílica, alumina e óxido de ferro.

Essas substâncias reagem entre si, quando aquecidas, formando os principais componentes do cimento silicato tricálcico .......................... 3CaOиSiO2 (C3S) silicato dicálcico .......................... 2CaOиSiO2 (C2S) aluminato tricálcico ..................... 3CaOиAl2O3 (C3A) ferro aluminato tetracálcico ......... 4CaOиAl2O3иFe2O3 (C4AF)

 

18 - Métodos para Combate à Corrosão

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Métodos para Combate à

Corrosão

A corrosão pode ter consequências diretas e indiretas, sendo algumas delas de natureza econômica, tais como:

• substituição de equipamento corroído;

• paralisação do equipamento por falhas ocasionadas pela corrosão;

• emprego de manutenção preventiva — pintura, adição de inibidores de corrosão, revestimentos etc.;

• contaminação ou perda de produtos;

• perda de eficiência do equipamento, como ocorre em caldeiras, trocadores de calor, bombas etc.;

• superdimensionamento de projetos.

Durante a apresentação dos aspectos teóricos dos diferentes casos de corrosão, além do estudo dos possíveis mecanismos para explicar os processos corrosivos, procurou-se dar, também, os meios de proteção mais utilizados para combater cada caso. O conhecimento do mecanismo das reações envolvidas nos processos corrosivos é pré-requisito para um controle efetivo dessas reações. Nem a corrosão nem seu controle podem ser tratados isoladamente; o estudo de um pressupõe o estudo do outro, pois o próprio mecanismo de corrosão pode sugerir alguns modos de combate ao processo corrosivo.

 

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