ANÁLISE DE UM SISTEMA MULTI-ELETRODOS EM PROCESSOS ELETROQUÍMICOS

Vinicius Flores

Introdução: A iniciação de pites, propagação e repassivação é geralmente associada a sinais de corrente e potencial versus tempo. Entretanto, muito pouco é conhecido sobre a existência de memória, acoplamento ou cooperação entre eventos de pites. Interações entre eventos ocorrem desde que pites produzam variações locais em campos elétricos e gradiente de concentração química. Estes fatores alteram as propriedades dos filmes óxidos adjacentes aos pites estáveis e repassivados. Além disso, podem estar associados à características microestruturais que não são randomicamente distribuídas. Alterações locais de condições causadas por pites prévios (que estão ou estiveram estáveis) podem interferir no processo de repassivação afetando assim, o comportamento dos pites subseqüentes. Problemas desta natureza onde são necessárias informações de interação entre elementos de áreas adjacentes podem ser experimentados em sistemas multi-eletrodos. Neste tipo de procedimento os eletrodos simulam pequenos elementos de uma área total (todos os eletrodos juntos), desta forma o comportamento de uma parte do sistema pode ser isolado quando um estímulo externo for aplicado.O instrumento proposto deverá ser capaz de medir parâmetros para o cálculo em tempo quase real de Ruído Eletroquímico (RE), tendo como maior característica a total flexibilização dos parâmetros de programação. Desta forma, um monitoramento online do processo será possível.

ResumoA utilização de multi-eletrodos no estudo de processos eletroquímicos é interessante, uma vez que esta abordagem permite a simulação experimental de uma superfície distribuída em pequenos elementos de áreas isoladas fisicamente. Isto permite por

exemplo a análise de tendências determinadas por um evento através da formação de clusters com a evolução do tempo. Neste trabalho foi desenvolvido um sistema para medição, condicionamento e análise de sinais vindos de eletrodos sob condições livres. Uma placa de aquisição de dados juntamente com um conjunto de saídas digitais foram utilizadas para a aquisição dos sinais e o

controle de ganho automáticos de 16 canais de sinais de corrente e 16 canais de sinais de tensão. Foram construídos ainda arranjos de eletrodos de aço carbono e aço inox a fim de avaliar o sistema. O sistema mostrou-se confiável para monitoramentos longos e será aplicado em trabalhos futuros (pelo grupo de pesquisa) na análise de diferentes sistemas sob ataque eletroquímico.

Metodologia e procedimento experimental:O trabalho proposto consiste no desenvolvimento de um sistema (hardware e software) para integrar as técnicas de ruído eletroquímico em matrizes de eletrodos de aço inox T309 e aço carbono em diferentes soluções aquosas de modo a gerar dados otimizados e confiáveis de taxas de corrosão. O sistema é capaz de medir tensão e corrente livre de 32 eletrodos em relação a um eletrodo comum de referência – possibilitando o cruzamento de dados e através dos mesmos fazer uma estimativa real e atualizada da taxa de corrosão, além de fornecer informações sobre corrosão localizada.

Figura 4 – Eletrodos desenvolvidos para testes e medidas.

Figura 1 – Sinal de corrente característico de um evento como um pite.

Resultados obtidos e consideraçõesO dispositivo construído mede sinais simultâneos de tensão e corrente através de um conversor AD de 32 canais físicos. Foram desenvolvidos 16 de amplificadores de corrente (ZRAs – Zero Resistance Ammeter) e 16 amplificadores de tensão. Cada um destes amplificadores possui um sistema de ajuste de ganho automático implementado através de chaves analógicas controladas por saídas digitais. Também foram incluídos filtros passa-baixas com freqüência de corte em 10 Hz, uma vez que acima desta banda não existe informação útil para este tipo de análise. Um diagrama de blocos do sistema completo é mostrado na Figura 2 e a Figura 3 mostra um detalhe do hardware implementado.

O software implementado de análise de dados serve também para fazer a seleção e reconhecimento de ganhos ideais para um determinado instante, evitando que o sistema sature ou que o sinal adquirido tenha uma amplitude muito pequena a ponto de perder informação útil. Até esta etapa do trabalho, foram implementados as leituras dos 32 canais e plotados os parâmetros de média, desvio padrão e resistência de ruído. Sendo mesmas mostradas na tela do computador e salvas em um arquivo. Um fluxograma e um shotscreen do software desenvolvido é mostrado na Figura. 3.

Figura 2 – Diagrama de blocos e fotografia do sistema desenvolvido.

600 610 620 630 640 650 660 670 680 690-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

T

i

Eletrodo 5

Cor

rent

e (µ

A)

Tempo (s)

Figura 3 – Software desenvolvido.

AQUISIÇÃODE

DADOS

ANÁLISE+

GRÁFICO

AJUSTEGANHOS INDIVIDUAIS

VARREDURACOMPLETA?

DESLIGAR? TIMER

FIM

INÍCIO

NÃO

SIM

SIM

SIM

NÃO

NÃO

NÃO

TAXA DE AQUISIÇÃO,FREQUENCIA,

TIMERSETADOS?

DADOS EM SATURAÇÃOOU

POUCA SENSIBILIDADE?

NÃO

SIM

SIM

Conclusões: Neste trabalho, foi implementado um sistema constituído de software e hardware visando o monitoramento online de parâmetros eletroquímicos relacionados a corrosão. Foram construídos 16 ZRAs (Zero Resistance Ammeter) e 16 amplificadores de tensão de ganho variável automáticos. Ainda foram acoplados filtros, constituindo um condicionamento dos sinais que vem de arranjos de eletrodos de aço inox e aço carbono e são adquiridos por uma placa de conversão Analógico-Digital. Também foi implementado um software que tem a função de controlar os ganhos, mostrar os parâmetros de interesse na tela e salvar os dados em um arquivo. Os resultados preliminares em sistemas reais mostraram que o sistema desenvolvido é confiável, e pode ser utilizado para monitoramento longo de sinais vindos de células eletroquímicas. Finalmente, apesar de ser desenvolvido para ser utilizado como um medidor de sinais de livres de corrente e tensão, o sistema pode ainda ser facilmente adaptado a um potenciostato, possibilitando ensaios em até 32 amostras ao mesmo tempo.