apostila corrosão

Curso Técnico de Mecânica Industrial

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Sumário: 1. REVISÃO DOS FUNDAMENTOS DA ELETROQUÍMICA .................................................................. 4

1.1. HISTÓRICO DA ELETROQUÍMICA ................................................................................................... 4 1.2. DEFINIÇÕES BÁSICAS DE FARADAY ............................................................................................. 6 1.3. TIPOS DE CONDUTORES E MOVIMENTAÇÃO DE CARGAS NUMA CÉLULA

ELETROQUÍMICA ...................................................................................................................................... 7 1.3.2. CONDUTORES DE 2

a ESPÉCIE OU CONDUTORES IÔNICOS ................................................. 8

1.3.3. MOVIMENTAÇÃO DE CARGAS NUMA CÉLULA ELETROQUÍMICA ....................................... 9 1.4. DEFINIÇÃO DO FENÔMENO ELETROQUÍMICA ............................................................................ 9 1.5. TIPOS DE CÉLULAS ELETROQUÍMICAS ....................................................................................... 10

1.5.1. CÉLULAS ELETROLÍTICAS ........................................................................................................ 10 1.5.2. PILHAS ......................................................................................................................................... 10

2. IMPORTÂNCIA E CUSTO DA CORROSÃO........................................................................................ 12

3. INTRODUÇÃO AO ESTUDO DA CORROSÃO ................................................................................... 13

3.1. HISTÓRICO ......................................................................................................................................... 13 3.2. DEFINIÇÕES BÁSICAS...................................................................................................................... 14

CORROSÃO ............................................................................................................................................ 14 COMPONENTES DA CORROSÃO ........................................................................................................ 16

4. FORMAS DA CORROSÃO ...................................................................................................................... 16

4.1. CORROSÃO UNIFORME ................................................................................................................... 16 4.2. CORROSÃO LOCALIZADA .............................................................................................................. 17 4.3. CORROSÃO POR TRINCAS .............................................................................................................. 21

5. TAXAS DE CORROSÃO .......................................................................................................................... 21

5.1. PERDA DE ESPESSURA POR UNIDADE DE TEMPO ..................................................................... 22 5.2. PERDA DE PESO POR UNIDADE DE ÁREA NA UNIDADE DE TEMPO ...................................... 23 5.3. EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO ......................................................................................................... 24 5.4. CLASSIFICAÇÃO DA RESISTÊNCIA À CORROSÃO DOS METAIS EM RELAÇÃO À TAXA DE

CORROSÃO ............................................................................................................................................... 26

6. CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS CORROSIVOS........................................................................ 27

6.1. CORROSÃO ÚMIDA .......................................................................................................................... 27 6.2. CORROSÃO SECA .............................................................................................................................. 28

7. MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO. ........................................................................ 28

7.1. INTRODUÇÃO. ................................................................................................................................... 28 7.2. REAÇÕES DA CORROSÃO ............................................................................................................... 30 7.3. PRINCIPAIS REAÇÕES CATÓDICAS .............................................................................................. 36

8. NOÇÕES SOBRE METALURGIA .......................................................................................................... 38

8.1. DEFINIÇÕES ....................................................................................................................................... 39 8.2. PROCESSO SIMPLIFICADO DA FABRICAÇÃO DO AÇO ............................................................. 40 8.3. PRINCIPAIS HETEROGENEIDADES DOS AÇOS ........................................................................... 42 8.4. ESTRUTURA DOS METAIS ............................................................................................................... 44

9. MICROPLHAS .......................................................................................................................................... 44

9.1. CONCEITUAÇÃO ............................................................................................................................... 44 9.2. LOCALIZAÇÃO DAS ÁREAS DE MAIOR CORROSÃO ................................................................. 45 9.3. EXERCÍCIOS ....................................................................................................................................... 46

10. PRINCIPAIS FATORES QUE INTERFEREM NO PROCESSO CORROSIVO ............................. 48


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10.1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 48 10.2. INFLUÊNCIA DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO METAL NA CORROSÃO ............................... 48 10.3. INFLUÊNCIA DO PH DO MEIO NA CORROSÃO .......................................................................... 51 10.4. INFLUÊNCIA DA AERAÇÃO DO MEIO NA CORROSÃO ............................................................ 53 10.5. INFLUÊNCIA DO PRODUTO DE CORROSÃO NA CORROSÃO ................................................. 54

11. CORROSÃO ATMOSFÉRICA .............................................................................................................. 55

11.1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 55 11.2. CARACTERÍSTICAS DA CORROSÃO ATMOSFÉRICA .............................................................. 56

12. CORROSÃO PELO SOLO ..................................................................................................................... 62

13. CORROSÃO MICROBIOLÓGICA ...................................................................................................... 66

13.1. CONCEITO ........................................................................................................................................ 66 13.1. CORROSÃO POR BACTÉRIAS ANAERÓBICAS .......................................................................... 66 13.2. CORROSÃO POR BACTÉRIAS AERÓBICAS ................................................................................ 67 13.3. OUTROS MICROORGANISMOS .................................................................................................... 68 13.4. PREVENÇÃO A CORROSÃO MICROBIOLÓGICA ....................................................................... 68


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1. REVISÃO DOS FUNDAMENTOS DA ELETROQUÍMICA

1.1. HISTÓRICO DA ELETROQUÍMICA

O desenvolvimento dos conceitos da eletroquímica e da corrosão se confundem, pois

a corrosão começou a ser estudada e entendida pelos mesmos cientistas que participaram do

desenvolvimento da eletroquímica.

Uma revisão sucinta do início do estudo da eletroquímica pode ser resumida pelas

datas a seguir:

1788 - Austim, observou que a água pura, após algum tempo de contato com um

pedaço de ferro, tende a ficar alcalina.

Explicação conhecida tempos depois: O consumo dos íons hidrogênio por reações

eletroquímicas que ocorrem na interface metal/solução provoca uma elevação do

pH da água.

1800 - Nicholson e Carlishe, estabeleceram uma relação entre as reações químicas e

os fenômenos elétricos, através da construção de uma célula eletrolítica como a

mostrada no esquema da figura 1, onde dois eletrodos de platina (metal inerte) são

parcialmente mergulhados em água natural (não tratada). Essa experiência levou-os

a seguinte conclusão final: Quando a água é colocada num circuito de condutores

elétricos, em contato com dois eletrodos, se a energia for suficiente para oxidar um

dos eletrodos no outro ocorrerá desprendimento de hidrogênio molecular.

FIGURA 1- Célula eletroquímica similar a usada por Nicholson e Carlishe

A tabela 1 resume as principais constatações da experiência representada acima.

e

LÂMPADA ACENDE

LÂMPADA ACENDE

Pt

H2O

GERADOR

DE C.C.

i

= bolhas de gás hidrogênio,

que é uma união de várias

moléculas de H2.

Pt


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OBSERVAÇÃO EXPLICAÇÃO CONCLUSÃO

1. BORBULHAMENTO AO

REDOR DE UM DOS

ELETRODOS.

NA INTERFACE ELETRODO

/ SOLUÇÃO OCORRE UMA

REAÇÃO ELETROQUÍMICA

DE REDUÇÃO DO H+ A SUA

FORMA MOLECULAR H2,

QUE EVOLUI NA FORMA

DE GÁS.

COMO A REAÇÃO SÓ

OCORRE QUANDO SE

FECHA O CIRCUITO DA

CÉLULA - A CORRENTE

ELÉTRICA É QUEM

PROVOCA A REAÇÃO.

2. AS DUAS LÂMPADAS SE

ACENDEM

A CORRENTE ELÉTRICA

ESTÁ PASSANDO DE UM

ELETRODO DE PLATINA

PARA O OUTRO ATRAVÉS

DA ÁGUA.

A ÁGUA CONDUZ A

CORRENTE ELÉTRICA.

Tabela 1 - Resumo das principais observações da experiência desenvolvida por Nicholson e

Carlishe

NOTA:. A TODOS OS FENÔMENOS DESSE TIPO (CORRENTE ELÉTRICA

GERANDO REAÇÃO ELETROQUÍMICA), CHAMA-SE ELETRÓLISE.

1801 - Davy, estabeleceu uma relação entre o efeito elétrico e as reações químicas

que ocorrem numa célula eletrolítica e concluiu que existe uma dependência mútua.

1819 - Nos E.U.A cientistas observaram que uma chapa de ferro não reage com a

água, em temperatura ambiente, quando ambos estão puros. Mas uma vez que tenha

sido iniciado a reação por algum motivo, ela continuará só pela ação da água.

1826 - Davy, após várias experiências com células eletrolíticas, concluiu que:

Quando metais diferentes são colocados no interior de um eletrólito e unidos

eletricamente, a deterioração de um deles aumenta e a do outro é reduzida .

1827 - Becquerel, mostrou que é possível provocar reações, como as obtidas por

Nicholson e Carlishe, unindo-se metais e fluídos iguais, apenas com concentrações

iônicas diferentes nas soluções.

1833 -Faraday, realizou estudos quantitativos da eletrólise que culminaram com as

Leis de Faraday da Eletrólise.

1844 - Andrews, pela primeira vez mediu potenciais elétricos obtidos por reações

químicas que ocorrem na interface metal/solução.


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1.2. DEFINIÇÕES BÁSICAS DE FARADAY

Com o propósito de facilitar a expressão de suas leis, Faraday adotou uma

nomenclatura para as células eletroquímicas similares as de Nicholson e Carlishe.

A nomenclatura adotada atualmente no estudo da eletroquímica, eletrólise, corrosão e

engenharia eletroquímica é derivada da criada por Faraday.

A seguir está descrita a nomenclatura hoje utilizada no estudo da eletroquímica:

a) ELETRODOS: São assim chamadas as partes metálicas que estão em contato com a

solução dentro de uma célula eletroquímica.

b) ÂNODOS: São os eletrodos pelo qual a corrente elétrica que circula numa célula

ENTRA na solução.

c) CÁTODOS: São os eletrodos pelo qual a corrente elétrica que circula numa célula

DEIXA a solução.

OBS. Lembrando que o sentido convencionalmente adotado para a corrente elétrica é o

sentido oposto ao da movimentação dos elétrons, ânodo e cátodo podem ser

redefinidos como segue:

ÂNODO: Eletrodo do qual SAEM os elétrons para o circuito externo da célula.

CÁTODO: Eletrodo no qual ENTRAM os elétrons através do circuito externo da

célula.

d) ELETRÓLITOS: São assim chamadas todas as soluções que CONDUZEM a corrente

elétrica.

OBS. A quantidade de eletrólito situada ao redor do ânodo é chamada de ANÓLITO e

ao redor do cátodo de CATÓLITO.

e) ÍONS: São assim chamadas as partículas carregadas que se movimentam na solução.

OBS. A palavra íon provém da literatura grega e significa viajante.

f) CÁTIONS: São os íons com carga POSITIVA.

g) ÂNIONS: São os íons com carga NEGATIVA.

OBS. Os íons são diferentes dos elétrons porque sua massa não é desprezível. Assim,

uma movimentação de íons além de movimentação de carga é também uma

movimentação de massa.

h) CÉLULA ELETROQUÍMICA: Todo sistema formado por um circuito externo que

conduza a corrente elétrica e interligue dois eletrodos que estejam separados e mergulhados

num eletrólito.


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O esquema da figura 2 representa uma célula eletroquímica genérica com a

nomenclatura descrita acima

Figura 2 - Representação esquemática de uma célula eletroquímica padrão, com a sua

nomenclatura.

1.3. TIPOS DE CONDUTORES E MOVIMENTAÇÃO DE CARGAS NUMA CÉLULA ELETROQUÍMICA

Considerando apenas o tipo de carga que está em movimento no condutor, estes

podem ser classificados em:

Condutores de 1a espécie ou condutores eletrônicos;

Condutores de 2a espécie ou condutores iônicos.

1.3.1. CONDUTORES DE 1a ESPÉCIE OU CONDUTORES ELETRÔNICOS

São assim chamados todos os condutores em que as cargas que estão em movimento,

no interior dos condutores, são elétrons. Nesses condutores a passagem da corrente elétrica,

que se dá através da movimentação de elétrons, não provoca alterações químicas nem

estruturais. (figura 3)

CIRCUITO EXTERNO

i

e

Â

N

O

D

O

C

Á

T

O

D

O

FONTE

DE DDP

LEGENDA:

e = elétron

i = corrente elétrica

= ânion

= cátion

ELETRÓLITO


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Exemplos de condutores eletrônicos: Todos os metais e ligas metálicas, grafite,

silício, germânio etc.

Figura 3 - Representação esquemática de um condutor eletrônico.

1.3.2. CONDUTORES DE 2a ESPÉCIE OU CONDUTORES IÔNICOS

São assim chamados todos os condutores em que as cargas que estão em movimento,

no interior do condutor, são íons. Nesses condutores a passagem da corrente elétrica

provoca reações químicas nas interfaces eletrodo / solução.

Deve ser ressaltado que no interior dos condutores iônicos uma movimentação de

cargas está associada a uma movimentação de massa. (o íon não tem massa desprezível

como os elétrons).

Figura 4 - Representação esquemática da movimentação de cargas no interior de um

condutor iônico.

OBS. A transferência de cargas nas interfaces eletrodo / solução ocorre devido à

transferência de elétrons, através de reações eletroquímicas.

+ - + -

- + - +

+ - +

+ - -

i

GERADOR DE CORRENTE

CONTÍNUA

i i + -

CONDUTOR IÔNICO

i i

i

GERADOR DE CORRENTE

CONTÍNUA

e e e e

i

i

i i - +

CONDUTOR ELETRÔNICO

i

i


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1.3.3. MOVIMENTAÇÃO DE CARGAS NUMA CÉLULA ELETROQUÍMICA

Conhecendo-se as cargas que estão em movimento nos condutores que constituem

uma célula eletroquímica, podemos representar esquematicamente esta movimentação, que

de maneira simbólica costuma ser representada por i , símbolo da corrente elétrica.

Figura 5 - Representação esquemática da movimentação de cargas numa célula

eletroquímica

CONCLUSÕES:

1. Numa célula eletroquímica os eletrodos são condutores eletrônicos e o eletrólito um

condutor iônico;

2. As reações que ocorrem na superfície dos eletrodos (interface eletrodo/solução) são

reações eletroquímicas e podem ser também chamadas de reações eletrodicas;

3. O sentido convencional da corrente elétrica i é adotado internacionalmente, como

sendo o sentido oposto ao da movimentação dos elétrons e igual ao da movimentação

dos cátions.

1.4. DEFINIÇÃO DO FENÔMENO ELETROQUÍMICA

O fenômeno da eletroquímica, a exemplo de outros, pode ser definido de diversas

maneiras, dependendo do enfoque que se deseja dar ao seu estudo. Entretanto, todas as

definições devem levar ao leitor o mesmo conceito.

ÂNODO

e

e

e

e

e

e

+ - + -

+ - - - -

+ + - -

- - + - -

+ -

- +

E L E T R Ó L I T O

GERADOR DE

C.C. + -

CÁTODO

e e

i


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As definições mais usuais da eletroquímica são:

DEFINIÇÃO TERMODINÂMICA: Eletroquímica é a ciência que estuda a

transformação da energia elétrica em energia química e vice - versa.

DEFINIÇÃO ELÉTRICA: Eletroquímica é a ciência que estuda a transferência de

cargas elétricas em interfaces do tipo eletrodo / solução.

DEFINIÇÃO QUÍMICA: Eletroquímica é a parte da química que estuda o transporte de

cargas elétricas em soluções e líquidos provenientes da fusão de sólidos de compostos

iônicos.

DEFINIÇÃO DE ENGENHARIA: Eletroquímica é a parte da engenharia que estuda as

reações eletródicas, ou seja, as reações que ocorrem nas interfaces eletrodo / solução.

1.5. TIPOS DE CÉLULAS ELETROQUÍMICAS

Dependendo do motivo que provocou a movimentação de cargas numa célula

eletroquímica, estas podem ser classificadas em dois tipos: células eletrolíticas ou pilhas.

1.5.1. CÉLULAS ELETROLÍTICAS

São assim chamadas as células eletroquímicas cuja movimentação de cargas na pilha

é provocada por uma fonte externa à pilha, como um gerador de corrente, um transformador

etc. Nesses casos, o sentido de movimentação de cargas na pilha é o IMPOSTO pela fonte

externa (figura 6).

Esse tipo de célula é utilizado para desenvolver o estudo dos conceitos básicos da

eletroquímica, no estudo da eletrólise, da eletrodeposição e do eletrorrefino.

1.5.2. PILHAS

São assim chamadas as células eletroquímicas em que, a movimentação de cargas é

gerada espontaneamente pela diferença de potencial NATURAL, existente entre os dois

eletrodos da célula. Nessas células o sentido de movimentação de cargas é ESPONTÂNEO

(figura 7).


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Este tipo de célula é o existente nos processos corrosivos e caracteriza-se,

principalmente por ser um fenômeno espontâneo.

Figura 6 - Esquema representativo de uma célula eletrolítica

Figura 7 - Esquema representativo de uma pilha.

e

e

e

e

e

e

+ - + - -

+ - - -

+ + - -

- - + - -

+ -

- +

E L E T R Ó L I T O

GERADOR DE

C.C. + -

CÁTODO ÂNODO

e e

i

FONTE EXTERNA O SENTIDO DA

MOVIMENTAÇÃO

DE CARGAS É

IMPOSTO

+ - -

- + - -

-

+ - + -

- +

- + -

- +

+ -

e

e

e

e

i

O SENTIDO DA

MOVIMENTAÇÃO DE

CARGAS É

ESPONTÂNEO. CÁTODO ÂNODO

e

e

e


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2. IMPORTÂNCIA E CUSTO DA CORROSÃO

Os processos corrosivos estão presentes em todos os locais e a todo instante da nossa

vida diária. Assim, a deterioração de automóveis, eletrodomésticos, estruturas metálicas,

instalações industriais etc, são problemas com os quais nos deparamos a todo instante.

Sendo a corrosão um processo espontâneo, poder-se-ia prever que a maioria dos

metais fosse imprópria à utilização industrial ou em outras atividades, como a medicina que

utiliza largamente metais na aplicação de implantes ou a odontologia que também necessita

deles na restauração de dentes. Essa utilização é, no entanto possível, graças ao

desenvolvimento de metais mais resistentes a determinados meios corrosivos ou ao

retardamento da velocidade das reações que se consegue, entre outros meios, pela aplicação

dos conceitos dos fenômenos de polarização e passivação que serão descritos neste

trabalho. Dessa maneira, a utilização dos metais torna-se segura e viável, técnica e

economicamente.

A deterioração dos metais pela corrosão pode causar perdas chamada diretas e

indiretas.

PERDAS DIRETAS: São os custos associados à reposição de equipamentos,

máquinas, estruturas ou peças danificadas, bem como os

danos causados a pessoas. Pode-se somar a esses custos, os

valores despendidos na busca de metais mais resistentes a

corrosão e métodos de proteção mais efetivos.

PERDAS INDIRETAS: São os custos provocados pelas conseqüências dos danos da

corrosão a partes não danificadas diretamente pela

corrosão, como a interrupção na operação de plantas

industriais, superdimensionamento de estruturas e

equipamentos e principalmente as perdas impostas à

sociedade e ao meio ambiente, devido a acidentes ou

vazamentos de produtos tóxicos ou inflamáveis.

Diversas estimativas de dinheiro perdido devido à corrosão metálica feita em vários

países mostra que a quantidade de material deteriorado pela corrosão varia de 15 a 25 % do

aço produzido no mundo, levando a um custo que corresponde a cerca de 4,0% do produto

bruto produzido industrialmente. A tabela 2 mostra uma comparação dos custos da corrosão

feita por revistas especializadas.


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No início dos anos 80, nos Estados Unidos, uma firma de combate a corrosão, com o

intuito de divulgar seus produtos, após uma consulta a laboratórios especializados, publicou

a frase: ENQUANTO VOCÊ ESTÁ LENDO ESTE CARTAZ, 760 KG. DE FERRO DE

SEUS BENS FORAM CORROÍDOS. A (nome da firma) PODE AJUDÁ-LO .

PAÍS ANO CUSTO EM

BILHÕES DE

DÓLARES

CUSTO

EVITÁVEL EM %

USA 75 70 15

INGLATERRA 70 32 23

BRASIL 78 CR$ 140 BILHÕES 20



OBS. Os custos chamados evitáveis se referem a valores que poderiam ter sido

poupados pela aplicação das técnicas conhecidas de combate a corrosão ou

utilização de materiais mais apropriados.

Tabela 2 - Custos da corrosão

A importância do estudo da corrosão está, portanto, consubstanciada em:

Manter a integridade física dos equipamentos e instalações industriais;

Garantir a máxima segurança operacional, evitando-se paradas operacionais não

programadas, lucros cessantes etc.

Garantir a máxima segurança industrial, evitando-se acidentes, problemas de

poluição etc.

Aumentar a vida útil dos metais pela escolha do material ou proteção anticorrosiva

mais adequado para uma determinada aplicação.

3. INTRODUÇÃO AO ESTUDO DA CORROSÃO

3.1. HISTÓRICO

A palavra CORROSÃO provém da palavra latina CORRODERE, cujo significado é

destruir rapidamente deixando uma superfície irregular, chega-se a essa conclusão

quando se procura a tradução da palavra CORRODERE, como mostra a figura 8.


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Figura 8 - Tradução da palavra latina CORREDERE.

Esta palavra CORRODERE foi traduzida para o Inglês como CORROSION e depois

trazida para a língua Portuguesa como CORROSÃO, palavra que nos dias atuais virou um

sinônimo genérico de destruição.

O estudo da corrosão envolve conhecimento de vários campos entre os quais pode-se

destacar:

- Eletroquímica

- Metalurgia

- Termodinâmica

- Físico - química

3.2. DEFINIÇÕES BÁSICAS

CORROSÃO

Tudo no universo caminha ou tende para uma situação de menor energia. Por isso, os

metais encontram-se na natureza sob a forma de compostos, como óxidos, sulfetos etc. Esse

fato leva os metais beneficiados (purificados) a retornarem a sua forma original de óxidos

ou outro composto espontaneamente, quando expostos ao tempo.

Por exemplo: O Ferro quando exposto ao oxigênio e/ou meios aquosos se enferruja,

objetos de prata escurecem, enquanto que os de latão, ficam

esverdeados. Essas transformações são na verdade uma volta do metal

que foi beneficiado à sua origem. A isso se chama CORROSÃO.

CORRODERE

COR ROD ERE

CONSUMIR COMO RATO RAPIDAMENTE


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O estudo da CORROSÃO não se limita a responder porque ocorre, mas também se

preocupa com o desenvolvimento de metais e métodos de proteção que mantenham o metal

puro por maior tempo.

Com base nos conceitos iniciais expostos acima existem várias maneiras, mais

elegantes, de se definir o fenômeno CORROSÃO que dependem da formação de cada

observador:

- PARA QUÍMICOS: A corrosão pode ser definida como um processo de óxido-

redução, provocado pela diferença de

eletronegatividade dos elementos químicos.

- PARA MÉDICOS: A corrosão é uma doença incurável onde a única possibilidade

é se pesquisar métodos de prolongar a vida do

paciente (os metais).

- PARA O POVO EM GERAL: Popularmente a corrosão é definida como um

processo de deterioração.

- PARA OS METALURGISTAS: Corrosão é a reversão do processo de produção do

metal

(figura 9).

Figura 9 - Diferença entre metalurgia e corrosão.

No estudo do fenômeno CORROSÃO a definição considerada mais aceita é a

seguinte: CORROSÃO É A DETERIORAÇÃO DAS PROPRIEDADES ÚTEIS DE UM

METAL CAUSADO PELA AÇÃO QUÍMICA OU ELETROQUÍMICA DO MEIO AO

QUAL O METAL ESTÁ EXPOSTO.

A grande vantagem da definição acima é que esta não se preocupa apenas em definir

a corrosão, mas inclui na definição, também as condições de contorno que caracterizam a

deterioração por processos corrosivos, evitando que se confunda a corrosão com outros

tipos de deterioração, como a fadiga, fluência, erosão, sobrecarga, etc.

Por isso, a definição acima é a preferida quando se estuda o fenômeno da corrosão.

PROCESSO FORÇADO

PROCESSO ESPONTÂNEO

MINÉRIO ENERGIA METAL

+

METALURGIA

CORROSÃO


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COMPONENTES DA CORROSÃO

Para que ocorra um processo de corrosão é necessária a presença dos 6 componentes

descritos a seguir :

a) MEIO CORROSIVO: É assim chamado o meio que está em contato com a

superfície do metal que sofre a deterioração por corrosão. Este meio para provocar

a corrosão tem que ser um ELETRÓLITO. Em geral, quanto mais forte for esse

eletrólito maior será a tendência de corrosão do metal.

b) ÂNODO: O ânodo é o eletrodo ou parte de um eletrodo que sofre a deterioração

por corrosão. A particularidade do ânodo é que na sua interface com o meio

corrosivo ocorrem reações de perda de elétrons, também chamadas de reações de

oxidação ou simplesmente REAÇÕES ANÓDICAS.

c) CÁTODO: O cátodo é o eletrodo ou parte de um eletrodo que apenas ajuda o

ânodo a ser deteriorado. O cátodo não sofre corrosão, embora também esteja em

contato com o meio corrosivo. A particularidade do cátodo é que na sua interface

com o meio, ocorrem reações de consumo dos elétrons que procedem do ânodo,

também chamadas de reações de redução ou simplesmente REAÇÕES

CATÓDICAS.

d) LIGAÇÃO ELÉTRICA ENTRE OS ELETRODOS: No caso do ânodo e cátodo

serem mais do que um eletrodo, é imprescindível que ambos estejam ligados

eletricamente sem o que não ocorrerão as reações de corrosão.

e) LIGAÇÃO ELÉTRICA ENTRE MEIOS CORROSIVOS: No caso dos meios

corrosivos em contato com o ânodo e o cátodo não serem o mesmo, é necessário

uma união elétrica entre esses meios, o que normalmente é feito como a utilização

de uma ponte salina.

f) DIFERENÇA DE POTENCIAL ENTRE ÂNODO E CÁTODO: Quando ânodo e

cátodo forem metais diferentes, normalmente, seus potenciais já serão diferentes;

mas quando forem os mesmo metais essa diferença de potencial é em geral de

origem microscópica, impossível de ser distinguida a olho nu ou algumas vezes

devido a um processo de transformação mecânica ou metalúrgica a qual o metal

tenha sido submetido.

4. FORMAS DA CORROSÃO

As formas de corrosão definem a aparência da superfície corroída. De acordo com

esse conceito, a corrosão pode ser dividida em três formas básicas:

4.1. CORROSÃO UNIFORME

A corrosão é chamada de uniforme quando a deterioração se processa

aproximadamente igual em toda a superfície exposta ao meio corrosivo (figura 10). Esta

forma de corrosão é comum em processos nos quais o produto de corrosão é solúvel no

meio ou quando não há formação de produto de corrosão.


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LEGENDA : e0 = espessura antes da exposição ao meio

ePC = espessura do produto de corrosão formado

eF = espessura resistente após a remoção do produto de corrosão

PC = produto de corrosão

Figura 10 - Representação esquemática da corrosão uniforme.

OBS. Na corrosão uniforme a eF é aproximadamente igual em todos as partes do

metal que foi exposta ao meio.

4.2. CORROSÃO LOCALIZADA

A corrosão costuma ser chamada de localizada quando o desgaste da superfície

metálica exposta ao meio corrosivo é bem mais acentuado em algumas partes do que em

outras. Esta forma de corrosão costuma ser subdividida em duas outras, quando se levam

em consideração as dimensões dos locais de maior corrosão. Assim, quando os locais de

maior corrosão têm o aspecto de pequenas crateras, lembrando pequenas bacias rasas, a

corrosão é chamada de ALVEOLAR (figura 11), caso os locais de maior corrosão tenham

um aspecto de pequenas perfurações, lembrando furos de alfinete, a corrosão é chamada de

PITTING (figura 12).

ePC

METAL

ANTES DA EXPOSIÇÃO APÓS A EXPOSIÇÃO

e0

EXPOSIÇÃO

METAL

P C

METAL

PC

MEIO

CORROSIVO

MEIO NÃO

CORROSIVO

eF

ePC

eF

METAL

METAL


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eF = espessura resistente após a remoção do produto de corrosão sob o

alvéolo

eF1 = espessura resistente após a remoção do produto de corrosão fora

do alvéolo

eF1 eF

OBS. só a superfície superior do metal foi exposta ao meio corrosivo.

Figura 11 - Representação esquemática da corrosão alveolar

METAL


e0 eF

PRODUTO DE

CORROSÃO

METAL eF1

ALVÉOLO

MEIO CORROSIVO

MEIO NÃO CORROSIVO

METAL

EXPOSIÇÃO


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eF = espessura resistente após a remoção do produto de corrosão sob

o pitting

eF1 = espessura resistente após a remoção do produto de corrosão

fora do pitting

eF1 eF

Figura 12 - Representação esquemática da corrosão por pitting.

METAL


e0 eF

PRODUTO DE

CORROSÃO

METAL eF1

PITTING

MEIO CORROSIVO

MEIO NÃO CORROSIVO

METAL

EXPOSIÇÃO


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Com o objetivo de facilitar a diferenciação da corrosão alveolar da corrosão por

pitting, costuma-se adotar a relação entre a largura e a profundidade dos locais de maior

corrosão, como mostra o esquema da figura 13.

OBS. A corrosão alveolar pode se tornar generalizada em toda a superfície corroída

e ser confundida com a corrosão uniforme.

Figura 13 - Diferenciação entre alvéolo e pitting.

Na indústria, a corrosão costuma ser descrita pela avaliação da sua forma, intensidade

e extensão da área atingida, usando para cada um desses itens uma das alternativas da

tabela 3.

FORMA INTENSIDADE EXTENSÃO

UNIFORME LEVE DISPERSA

ALVEOLAR MÉDIA LOCALIZADA

PITTING SEVERA GENERALIZADA

Tabela 3 - Método usual de caracterização da corrosão na indústria.

Exemplos de aplicação da tabela 3:

- A tubulação apresenta uma corrosão interna por pitting, média e dispersa na geratriz

superior.

- O casco de um vaso de pressão apresenta uma corrosão interna, uniforme, leve e

localizada na geratriz inferior. A corrosão externa é alveolar, severa e generalizada

em toda a extensão do vaso.

A corrosão alveolar é mais comum em metais que não formam produto de corrosão

aderente quando expostos a meios que rompam a película protetora formada. (ex. corrosão

do aço carbono em água natural).

A corrosão por pitting é mais comum nos metais cujo produto de corrosão é aderente

à superfície metálica, quando expostos a meios que rompem a película formada pelo

produto de corrosão.(ex. corrosão do aço inoxidável em meios contendo cloretos).

L

P

METAL QUANDO L > 3P CORROSÃO ALVEOLAR

QUANDO L < 3P CORROSÃO POR PITTING


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4.3. CORROSÃO POR TRINCAS

Essa forma de corrosão se caracteriza por apresentar perda de espessura desprezível.

Em geral, a corrosão na forma de trincas está associada a um estado de tensões. (figura 14)

A trinca não é uma perda de espessura, mas sim um rompimento das forças de atração

atômica do metal que ocorrem na presença de meios corrosivos específicos associados a

tensões de tração.

5. TAXAS DE CORROSÃO

As taxas de corrosão expressam o desgaste verificado na superfície metálica. A

avaliação correta das taxas de corrosão é de grande importância na determinação da vida

útil de um equipamento, tubulação, uma estrutura metálica ou qualquer outra peça.

Os métodos usuais de determinação da taxa de corrosão são:

PERDA DE ESPESSURA POR UNIDADE DE TEMPO: Usada principalmente

em instalações industriais para avaliar o desgaste provocado pela corrosão

uniforme ou localizada em equipamentos, tubulações e outras peças utilizadas em

instalações industriais.

PERDA DE PESO POR UNIDADE DE ÁREA NA UNIDADE DE TEMPO:

Usada principalmente em experiências realizadas tanto em laboratório quanto no

campo, quando a corrosão for uniforme.

AUMENTO DE PESO POR UNIDADE DE ÁREA NA UNIDADE DE TEMPO:

Usada apenas para avaliar a corrosão de metais em alta temperatura nas

experiências de laboratório.

ANTES DA

EXPOSIÇÃO

METAL + TENSÃO

METAL

METAL

TENSÃO

METAL

MEIO CORROSIVO

METAL + TENSÃO + MEIO CORROSIVO

NADA OCORRE

U

APÓS A EXPOSIÇÃO

TRINCA

CRACKING

CORROSION

METAL


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OBS. 1. A trinca só pode ser dita causada por corrosão, quando o meio corrosivo é

preponderante para que ocorra a trinca.

2. A trinca pode apresentar-se muito pequena, sendo sua identificação

impossível a olho nu. Nesses casos são chamadas de microtrincas (trincas só visíveis com o auxílio de um microscópico).

3. A identificação de trincas é facilitada pela utilização de exames não

destrutivos, como: líquido penetrante e partículas magnéticas.

Figura 14 - Representação esquemática da corrosão na forma de trincas.

5.1. PERDA DE ESPESSURA POR UNIDADE DE TEMPO

A perda de espessura por unidade de tempo determina a taxa de penetração da

corrosão na superfície metálica, após um tempo determinado de exposição do metal ao

meio corrosivo. A taxa de corrosão deve ser calculada por frentes de ataque do meio à

superfície metálica e por tipo de meio. A expressão matemática usualmente aplicada para o

cálculo da taxa de corrosão como foi descrita acima é a seguinte:

ONDE: e0 = espessura do metal antes da exposição ao meio.

eF = espessura do metal após a exposição e após a remoção do produto de

corrosão.

t = tempo de exposição do metal ao meio.

T.C. = taxa de corrosão.

NOTA IMPORTANTE: Quando se medir o valor de eF não esquecer de isolar as

superfícies de ataque e o tipo de meio.

As unidades de medida normalmente utilizadas para expressar a taxa de corrosão

calculada da maneira acima são :

Os equipamentos utilizados para medir as espessuras no campo são:

- Ultra-som: pode ser usado quando se tem acesso tanto pelo lado interno ou externo

ao local que se deseja medir a espessura.

- milímetros de penetração por ano - mm / ano.

- polegadas de penetração por ano - ipy.

- milésimo de polegada de penetração por ano - mpy.

OBS. 1 ipy = 25,4 mm / ano e 1 ipy = 1000 mpy

T.C. = ( e0 - eF ) / t


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- Calibre mecânico: (tipo paquímetro, calibre com relógio etc.) utilizado apenas

quando se tem acesso a ambos os lados do local que se deseja

medir a espessura. (figura 15)

Figura 15 - Esquema de um calibre mecânico com relógio, utilizado para medição de

espessura quando existe acesso dos dois lados do local a ser medido.

NOTA IMPORTANTE: A quantificação da corrosão por perda de espessura na unidade

de tempo pode ser aplicada para qualquer forma de corrosão que

ocorra com perda de material.

5.2. PERDA DE PESO POR UNIDADE DE ÁREA NA UNIDADE DE TEMPO

A perda de peso por unidade área na unidade de tempo, determina a perda de metal

resistente, considerando que todas as superfícies do metal foram expostas ao meio

corrosivo; caso contrário esse método não pode ser utilizado. A expressão matemática

usualmente aplicada para a determinação dessa taxa de corrosão é:

ONDE : P0 = peso do metal antes da exposição ao meio.

PF = peso do metal após a exposição ao meio e a remoção do produto de

corrosão.

A0 = soma das áreas de todas as superfícies do metal expostas ao meio.

t = tempo de exposição do metal ao meio.

A unidade de medida utilizada na determinação dessa taxa de corrosão é:

- miligrama por decímetro quadrado por dia - mdd.

T.C. = ( P0 - PF ) / ( A0 . t )

RELÓGIO


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5.3. EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO

1 EXERCÍCIO: Determine a taxa de corrosão dos metais A e B dos esquemas abaixo,

sabendo-se que foram expostos a meios corrosivos diferentes durante 10 anos. Qual dos

dois meios é mais agressivo, se os metais A e B forem exatamente iguais? (Medidas em

milímetros.)

RESOLUÇÃO

1. TAXA DE CORROSÃO DO METAL A

e0 = 40 mm

eF = 20 mm

t = 10 anos

2. TAXA DE CORROSÃO DO METAL B

e0 = 40 mm.

eF = 20 mm.

t = 10 anos.

T.C. = [ ( 40 - 20 ) / 10 ] / 2 = 1 mm / ano

OBS. A taxa de corrosão é dividida por dois, porque o metal sofreu

ataque pelos dois lados de sua superfície.

T.C. = ( 40 - 20 ) / 10 = 2 mm / ano

50

40

20

METAL A

PRODUTO DE

CORROSÃO

APÓS A EXPOSIÇÃO ANTES DA EXPOSIÇÃO

METAL B

20

40

30

20

PRODUTO DE

CORROSÃO

MEIO CORROSIVO


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3. MEIO MAIS AGRESSIVO

Considerando que os dois metais são idênticos o meio corrosivo ao qual o metal B

está exposto é duas vezes mais agressivo do que o outro meio, devido aos valores das taxas

de corrosão calculadas.

2 EXERCÍCIO: Um ensaio de laboratório com 3 materiais diferentes, mergulhados num

mesmo meio corrosivo, apresentou os resultados plotados no gráfico abaixo. Baseando-se

nessas curvas, responda o seguinte :

a) Quais as taxas de corrosão de cada um dos três metais em toda a experiência?

b) Qual o material apresentou menor e maior corrosão depois de decorridos 10 e 20 dias

de experiência?

DADOS: - Todos os materiais apresentaram corrosão uniforme.

- A soma das superfícies dos três metais expostos está na tabela abaixo.

MATERIAL ÁREA SUPERFICIAL

(em dm2)

1 10

2 25

3 15


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RESOLUÇÃO

1. Cálculo das taxas de corrosão

METAL TEMPO DE EXPOSIÇÃO

(dias)

PERDA DE PESO

(mg)

TAXA DE CORROSÃO

(mdd)

1 5

10

15

20

25

100

200

300

500

600

2

2

2

2,5

2,4

2 5

10

15

20

25

200

400

600

800

1000

1,6

1,6

1,6

1,6

1,6

3 5

10

15

20

25

300

400

400

400

500

4

2,6

1,7

1,3

1,3

2. MELHOR E PIOR METAL APÓS 10 E 20 DIAS DE EXPOSIÇÃO

Melhor, após 10 dias = é o metal 2 , taxa de corrosão de 1,6 mdd

Melhor, após 20 dias = é o metal 3 , taxa de corrosão de 1,3 mdd

Pior, após 10 dias = é o metal 3 , taxa de corrosão de 2,6 mdd

Pior, após 20 dias = é o metal 1 , taxa de corrosão de 2,5 mdd

5.4. CLASSIFICAÇÃO DA RESISTÊNCIA À CORROSÃO DOS METAIS EM RELAÇÃO À TAXA DE CORROSÃO

Após uma grande quantidade de avaliações de equipamentos e instalações industriais

deteriorados por corrosão, a NACE (National Association of Corrosion Engineers)

construiu a tabela 4, com a finalidade de orientar os usuários sobre a partir de que valores

de taxa de corrosão passa a ser econômico a alteração do material.

TAXA DE CORROSÃO

(mm / ano)

RESISTÊNCIA À

CORROSÃO

OBSERVAÇÃO

até 0,051 EXCELENTE Excelente resistência

0,052 a 0,25 BOA Boa resistência

0,26 a 0,50 MÉDIA Resistência satisfatória


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TAXA DE CORROSÃO

(mm / ano)

RESISTÊNCIA À

CORROSÃO

OBSERVAÇÃO

0,51 a 1,25 BAIXA Estudar a viabilidade econômica de

substituir o material

acima de 1,26 MUITO BAIXA Substituir o material

Tabela 4 - Relação entre taxa de corrosão e resistência à corrosão.

6. CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS CORROSIVOS

Os processos corrosivos são classificados em função do estado físico do meio

corrosivo. Considerando que os estados físicos possíveis da natureza são três: sólido,

líquido e gasoso e que no estado sólido a condutividade é muito baixa, tornando a corrosão

praticamente desprezível em relação a outros meios de deterioração, a corrosão costuma ser

classificada em: corrosão úmida ou seca.

6.1. CORROSÃO ÚMIDA

São assim chamados os processos de corrosão que ocorrem quando o meio corrosivo

está no estado líquido. Nesses casos, o mecanismo da corrosão é de natureza eletroquímica.

A corrosão úmida é a principal causa de deterioração de equipamentos, instalações

industriais e utensílios de uso popular. Cerca de 80% dos casos de deterioração por

corrosão são de natureza eletroquímica, o que explica a grande influência da eletroquímica

no estudo da corrosão.

A deterioração por corrosão úmida caracteriza-se basicamente por:

Realizar-se necessariamente na presença de meio líquido;

Ocorrer em temperatura abaixo do ponto de orvalho1 ;

Estar associada, a formação de uma pilha.

Como a grande maioria dos meios líquidos, que são corrosivos, têm como solvente a

água, a corrosão úmida é algumas vezes chamada de corrosão em meio aquoso.

Mostrando que a corrosão úmida é realmente a mais observada, seguem-se alguns

exemplos:

1. A corrosão da chaparia dos automóveis e outros meios de transporte;

2. A corrosão de eletrodomésticos;

3. A corrosão externa de oleodutos aéreos;

1Ponto de orvalho = temperatura em que o ar úmido se torna saturado em vapor d’água, quando resfriado sob

pressão constante.


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4. A corrosão externa de vasos de pressão que operam em temperatura abaixo do

ponto de orvalho da água;

5. A corrosão interna do costado de um tanque que armazena solução aquosa de

sulfato de cobre;

6. A corrosão interna de uma tubulação que transporta ácido sulfúrico diluído;

etc.

OBS. Considere em todos os casos acima, que o metal exposto ao meio é o aço

carbono.

6.2. CORROSÃO SECA

São assim chamados os processos de corrosão que ocorrem quando o meio corrosivo

está no estado gasoso. Esses processos são muitas vezes denominados de corrosão em alta

temperatura.

A natureza da corrosão química é considerada pela maioria dos autores como sendo

química e não eletroquímica. Esses processos de corrosão não têm tanto interesse porque

em temperaturas elevadas (acima de 400C ) a perda de propriedades dos metais por outros

motivos é mais importante. Assim, apenas cerca de 10 % dos casos de deterioração na

indústria são devidas as corrosões secas. Podemos destacar duas situações onde a corrosão

seca é de grande importância: na deterioração de tubos de fornos e casco de vasos de

pressão que operam acima de 420C.

A corrosão seca caracteriza-se basicamente por:

O meio corrosivo está sempre na forma de um gás;

Ocorrer em temperaturas elevadas, sempre acima do ponto de orvalho da água;

Em geral, existe uma interação direta entre o metal e algum agente presente no

meio, normalmente o oxigênio.

Como na grande maioria dos casos de corrosão seca o oxigênio é o principal agente

corrosivo, esse processo é muitas vezes chamado de OXIDAÇÃO (o termo oxidação

aqui usado não significa perda de elétrons, mas sim uma reação direta do metal com o

oxigênio).

7. MECANISMO ELETROQUÍMICO DA CORROSÃO.

7.1. INTRODUÇÃO.

A corrosão úmida, de natureza eletroquímica, é um processo que na grande maioria

das vezes, se realiza na presença da água e em temperatura próxima da ambiente, com a

formação de pilhas.

Relembrando os conceitos fundamentais da eletroquímica descritos anteriormente,

uma pilha é constituída de seis elementos:


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ÂNODO: Metal ou parte do metal que é deteriorado pela corrosão.

CÁTODO: Metal ou parte do metal que junto com o meio corrosivo possibilitam a

corrosão do ânodo.

MEIO CORROSIVO: Eletrólito que esteja em contato com o ânodo e cátodo.

LIGAÇÃO ELÉTRICA ENTRE ÂNODO E CÁTODO: União elétrica entre

ânodo e cátodo, que pode ser um condutor eletrônico (fio elétrico), quando eles

estiverem separados; pela própria superfície dos metais, quando eles estiverem

juntos ou pelas ligações interatômicas quando ânodo e cátodo forem o mesmo

eletrodo.

DIFERENÇA DE POTENCIAL ENTRE ÂNODO E CÁTODO: A diferença de

atividade química entre os metais ou partes deles.

UNIÃO ENTRE MEIOS CORROSIVOS: União elétrica entre os meios que estão

em contato com ânodo e cátodo.

Exemplos de pilha de corrosão:

1O EXEMPLO: Pilha de corrosão onde ânodo e cátodo são eletrodos diferentes.

ELETRÓLITO

i

e

e

e

e

O esquema ao lado representa uma

pilha para estudo. Na prática, o

esquema pode estar representando uma

pilha de corrosão formada por uma

tubulação de aço carbono com uma

válvula de cobre, através da qual

circula água natural. Fe+2

H

+


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2O EXEMPLO: Pilha de corrosão onde ânodo e cátodo são partes diferentes de um mesmo

eletrodo.

7.2. REAÇÕES DA CORROSÃO

A identificação das reações que ocorrem num processo corrosivo pode ser mais

facilmente determinada pelas observações e explicações das quatro experiências mostradas

a seguir.

1a EXPERIÊNCIA: Mergulhar uma chapa de aço carbono ( ex. SAE 1020 ) em

solução aquosa de ácido clorídrico a 20 % em volume.

AÇO

CARBONO SUPERFÍCIE

DO

AÇO COM

SINAIS DE

CORROSÃO

(PERDA DE PESO E

ESCURECIMENTO

DA SUPERFÍCIE)

SUPERFÍCIE

METÁLICA

REMOVIDA DO

MEIO, APÓS

ALGUM TEMPO

DE EXPOSIÇÃO. HCl + H2O

Fe+2

ÂNODO CÁTODO e

Fe+2

X+

AÇO CARBONO

O esquema representa uma pilha

de corrosão para estudo. Na

prática, o esquema pode estar

representando a corrosão

atmosférica da carroceria de um

automóvel.

ELETRÓLITO


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OBSERVAÇÕES EXPLICAÇÃO CORRESPONDENTE

1. ESCURECIMENTO DA

SUPERFÍCIE DO METAL

EXPOSTA AO MEIO.

2. PERDA DE PESO NA PARTE DO

METAL EXPOSTA AO MEIO.

3. APARECIMENTO DE ÍONS DE

FERRO NA SOLUÇÃO.

NA INTERFACE METAL/SOLUÇÃO

OCORREM REAÇÕES QUÍMICAS COM

DISSOLUÇÃO DO AÇO (Fe) E COMO

CONSEQÜÊNCIA DESPRENDIMENTO DE

ELÉTRONS. REAÇÃO MAIS PROVÁVEL:

Fe Fe+2

+ 2e

4. BORBULHAMENTO AO

REDOR DA SUPERFÍCIE DA

CHAPA EM CONTATO COM O

MEIO.

5. REDUÇÃO DA QUANTIDADE

DE ÍONS H+ NA SOLUÇÃO.

(AUMENTO DO pH DA

SOLUÇÃO).

NA INTERFACE METAL / SOLUÇÃO

OCORREU REAÇÕES QUÍMICAS COM

TRANSFORMAÇÃO DE ÍONS HIDROGÊNIO

EM MOLÉCULAS DE HIDROGÊNIO. REAÇÃO

MAIS PROVÁVEL: 2H+2

+ 2e H2

2a EXPERIÊNCIA: Mergulhar uma chapa de uma liga de alumínio Numa solução

aquosa de ácido clorídrico a 20 % em volume.

ALUMÍNIO

SUPERFÍCIE

DO

ALUMÍNIO COM

SINAIS DE

CORROSÃO

( PERDA DE PESO E

ESCURECIMENTO

DA SUPERFÍCIE )

SUPERFÍCIE

METÁLICA

REMOVIDA DO

MEIO, APÓS

ALGUM TEMPO

DE EXPOSIÇÃO. HCl + H2O

Al+3


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1. ESCURECIMENTO DA

SUPERFÍCIE DO METAL

EXPOSTA AO MEIO.

2. PERDA DE PESO NA PARTE

DO METAL EXPOSTA AO MEIO.


ALUMÍNIO NA SOLUÇÃO.



DISSOLUÇÃO DO ALUMÍNIO (Al) E COMO

CONSEQÜÊNCIA, DESPRENDIMENTO DE


Al Al+3

+ 3e

4. BORBULHAMENTO AO

REDOR DA SUPERFÍCIE DA

CHAPA EM CONTATO COM O

MEIO.


DE ÍONS H+ NA SOLUÇÃO.

(AUMENTO DO pH DA

SOLUÇÃO).



TRANSFORMAÇÃO DE ÍONS HIDROGÊNIO

EM MOLÉCULAS DE HIDROGÊNIO.

REAÇÃO MAIS PROVÁVEL:

2H+2

+ 2e H2

3a EXPERIÊNCIA: Mergulhar a mesma chapa de aço carbono da 1

a experiência em

água natural.

AÇO

CARBONO SUPERFÍCIE

DO

AÇO CARBONO

COM

SINAIS DE

CORROSÃO

( PERDA DE PESO E

ESCURECIMENTO

DA SUPERFÍCIE )

SUPERFÍCIE

METÁLICA

REMOVIDA DO

MEIO, APÓS

ALGUM TEMPO

DE EXPOSIÇÃO. H2O + O2

Fe+2


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1. ESCURECIMENTO DA

SUPERFÍCIE DO METAL EXPOSTA

AO MEIO.




FERRO NA SOLUÇÃO.



DISSOLUÇÃO DO AÇO (Fe) E COMO

CONSEQÜÊNCIA, DESPRENDIMENTO DE


Fe Fe+2

+ 2e


DE OXIGÊNIO DISSOLVIDO NA

ÁGUA.

5. AUMENTO DA QUANTIDADE

DE ÍONS OH- NA SOLUÇÃO

(AUMENTO DA ALCALINIDADE

DA SOLUÇÃO ).



TRANSFORMAÇÃO DE MOLÉCULAS DE

ÁGUA E OXIGÊNIO EM ÍONS OH-. REAÇÃO

MAIS PROVÁVEL: H2O + ½ O2 + 2e 2 OH-

4a EXPERIÊNCIA: Mergulhar a mesma chapa de uma liga de alumínio da 2

a

experiência em água natural.

ALUMÍNIO

SUPERFÍCIE

DO

ALUMÍNIO COM

SINAIS DE

CORROSÃO

(PERDA DE PESO E

ESCURECIMENTO

DA SUPERFÍCIE)

SUPERFÍCIE

METÁLICA

REMOVIDA DO

MEIO, APÓS

ALGUM TEMPO

DE EXPOSIÇÃO. H2O + O2

Al+3


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1. ESCURECIMENTO DA

SUPERFÍCIE DO METAL EXPOSTA

AO MEIO.




ALUMÍNIO NA SOLUÇÃO.


OCORREU REAÇÕES QUÍMICAS

COM DISSOLUÇÃO DO ALUMÍNIO

(Al) E COMO CONSEQÜÊNCIA,

DESPRENDIMENTO DE ELÉTRONS.

REAÇÃO MAIS PROVÁVEL:

Al Al+3

+ 3e

4. REDUÇÃO DA QUANTIDADE DE

OXIGÊNIO DISSOLVIDO NA ÁGUA.

5. AUMENTO DA QUANTIDADE DE

ÍONS OH- NA SOLUÇÃO (AUMENTO

DA ALCALINIDADE DA SOLUÇÃO).


OCORREU REAÇÕES QUÍMICAS

COM TRANSFORMAÇÃO DE

MOLÉCULAS DE ÁGUA E OXIGÊNIO

EM ÍONS OH-. REAÇÃO MAIS

PROVÁVEL: H2O + ½ O2 + 2e 2OH-

CONSTATAÇÕES E CONCLUSÕES DERIVADAS DAS QUATRO

EXPERIÊNCIAS ACIMA:

1a CONSTATAÇÃO: Comparando-se as explicações das experiências 1 e 3

verificamos que nas chapas de aço carbono expostas a meios

corrosivos diferentes ocorreu a mesma reação de dissolução

do aço carbono : Fe Fe+2

+ 2e

2a

CONSTATAÇÃO: Comparando-se as explicações das experiências 2 e 4

verificamos que na liga de alumínio exposta a meios

corrosivos diferentes ocorreu a mesma reação de dissolução

do alumínio : Al Al+3

+ 3e


verificamos que para um mesmo meio corrosivo ( ácido

clorídrico diluído ), embora com a corrosão de metais

diferentes, ocorreu a mesma reação de consumo de elétrons :

2H+ + 2e H2


verificamos que para um mesmo meio corrosivo (água

natural), embora com a corrosão de metais diferentes, ocorreu

a mesma reação de consumo de elétrons :

H2O + ½ O2 2 OH-

Com base nas quatro constatações acima, podemos tirar as seguintes conclusões sobre

a forma genérica das reações que ocorrem num processo corrosivo:


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1a CONCLUSÃO: Em todo processo corrosivo ocorre sempre uma reação de

dissolução do metal que está exposto ao meio, e essa reação

independe dos constituintes do meio corrosivo, ela só depende da

composição química do metal. A reação de dissolução do metal

(CORROSÃO) é uma reação que ocorre com perda de elétrons,

sendo por isso chamada de REAÇÃO ANÓDICA.

2a CONCLUSÃO: Em todo processo corrosivo ocorre uma reação de consumo de

elétrons. Esta reação, independe da composição química da liga

metálica que está sofrendo corrosão, dependendo apenas dos

constituintes presentes no meio corrosivo. Essas reações são

chamadas de REAÇÕES CATÓDICAS porque ocorrem com

consumo de elétrons.

A REAÇÃO ANÓDICA DE QUALQUER PROCESSO

CORROSIVO SERÁ SEMPRE UMA REAÇÃO DO TIPO

M M+n

+ ne

Onde: M = símbolo do elemento químico majoritário na

composição química do metal.

M+n

= símbolo do cátion do elemento químico M.

n = número de oxidação do metal M.

e = elétron.

A REAÇÃO CATÓDICA DE QUALQUER PROCESSO CORROSIVO

SERÁ SEMPRE UMA REAÇÃO DO TIPO

X+n

+ ne X

onde : X+n

= símbolo do cátion com prioridade de descarga presente no

meio.

Xo = símbolo do átomo do cátion descarregado.

n = número de elétrons descarregados.

e = elétron.


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3a

CONCLUSÃO: Como o sistema não fica eletricamente carregado durante ou após

o processo de corrosão é lógico que a quantidade de cargas

desprendidas na reação anódica tem que ser exatamente igual a

quantidade de cargas consumidas na reação catódica, ou seja,

NUM PROCESSO CORROSIVO AS QUANTIDADES DE

REAÇÕES ANÓDICAS E CATÓDICAS SÃO IGUAIS.

As três conclusões acima formam a base do mecanismo eletroquímico de qualquer

processo corrosivo. Com esses conhecimentos, podemos identificar sem muita dificuldade

as reações básicas da maioria dos processos de corrosão.

7.3. PRINCIPAIS REAÇÕES CATÓDICAS

Como foi descrita acima, a reação catódica depende dos constituintes do meio

corrosivo, independendo da composição química da liga metálica exposta ao meio. Em

vista desse fato, para facilitar a identificação das reações catódicas mais prováveis, foram

feitas diversas experiências fixando-se basicamente duas das variáveis que têm maior

interferência na definição da reação catódica. Essas variáveis são o pH e a quantidade de

oxigênio dissolvido no meio. A intenção é que conhecendo-se essas duas variáveis seja

possível a identificação, de pelo menos uma, das reações catódicas do meio.

A seguir estão descritas as reações catódicas mais prováveis dos meios com base no

pH e concentração de oxigênio dissolvido no meio:

1. MEIO ÁCIDO SEM AERAÇÃO

- Características básicas: pH 7 e quantidade de oxigênio dissolvido no meio é

desprezível.

- Reação básica: 2H+

+ 2e H2

- Nome usual da reação: evolução do hidrogênio.

2. MEIO ÁCIDO AERADO

- Características básicas: pH 7 e quantidade de oxigênio dissolvido suficiente

para influenciar no processo.

- Reação básica: 2H+

+ ½ O2 + 2e H2O

- Nome usual da reação: redução do oxigênio à formação de água.

3. MEIO AQUOSO

- Características básicas: pH = 7 e quantidade de oxigênio dissolvido suficiente

para influenciar no processo.

Nota: A quantidade de oxigênio normalmente dissolvido

em qualquer meio aquoso com pH = 7 é suficiente para

influenciar no processo corrosivo.

- Reação básica: 2 H2O + 4e + O2 4 OH-

- Nome usual da reação: redução do oxigênio à formação de oxidrila.


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4. MEIOS COM ÍONS ÓXIDANTES:

- Características básicas: a presença de íons no estado oxidado.

Nota: íon oxidado é o cátion de maior número de

oxidação de um elemento que pode ter mais de um Nox (

ex. Fe +3

é um íon oxidado e Fe+2

é um íon reduzido do

elemento Fe ).

- Reação básica: Nesses caso vão ocorrer pelo menos duas ou mais reações que

serão a reação básica do meio em função do pH e quantidade de

O2 dissolvido no meio e a reação de descarga do íon oxidado

presente.

Exemplo: meio ácido sem aeração com íons férrico.

reações catódicas prováveis : 2H+ + 2e H2

Fe+3

+ 1e Fe+2

Obs. Como haverá mais reações catódicas, existe a possibilidade de

maior consumo de elétrons, portanto haverá maior quantidade de

reação anódica, que é a produtora dos elétrons, isto significa

MAIOR CORROSÃO.

5. MEIOS COM CÁTIONS DE METAIS NOBRES OU METAIS COMUNS

São chamados de metais nobres ou metais comuns todos os metais que quando em

meio aquoso tem prioridade de descarga sobre o hidrogênio. Praticamente esses

metais são identificados como todos os metais que na classificação periódica dos

elementos químicos não pertencem aos grupos 1A (metais alcalinos) ou 2A (metais

alcalinos terrosos). A única exceção é o alumínio, que embora esteja no grupo 3A

também não tem prioridade de descarga sobre o hidrogênio.

Ter prioridade de descarga sobre o hidrogênio significa que a reação catódica do

meio será uma reação de redução desses íons do metal nobre ou comum,

independente do pH e quantidade de O2 dissolvido no meio, enquanto existir

dissolvido no meio, quantidade de íons do metal suficiente para reagir. Quando a

quantidade de íons do metal no meio for baixa, as reações catódicas serão as definidas

acima em função do pH e quantidade de oxigênio dissolvido no meio.

Exemplo: Uma solução aquosa de sulfato de cobre.

- reação catódica: Como o Cu é um metal comum a reação catódica será

Cu+2

+ 2e Cu ( essa seta significa que o

átomo de Cu

produzido será

depositado sobre a

superfície metálica. )

Obs. Quando o cobre for totalmente consumido a reação catódica

passará a ser a reação catódica de meio aquoso já mostrada

acima.


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6. MEIOS COM ÁCIDO OXIDANTES

São chamados de ácidos oxidantes aqueles em que o íon reduzido, não é o

hidrogênio, mas sim o elemento central da fórmula química do ácido.

Exemplo: Os ácidos nítricos concentrados e sulfúricos acima de 60% em volume

terão as seguintes reações catódicas.

HNO3 conc. NO3 + 1e NO2

H2SO4 (acima de 60 %) SO4 - 2

+ 2e SO2

OBS. Muitos meios corrosivos são uma soma das situações descritas. Assim, terão

mais do que uma reação catódica e provocará maior corrosão.

7.4. EXEMPLOS DE IDENTIFICAÇÃO DAS REAÇÕES BÁSICAS EM PROCESSOS CORROSIVOS

Identifique as reações básicas do processo corrosivo formado pelas seguintes pilhas

de corrosão:

a) Aço carbono em meio ácido aerado;

b) Zinco em meio aquoso;

c) Alumínio em solução de sulfato de cobre;

d) Estanho em meio ácido sem aeração.

RESOLUÇÃO

SITUAÇÃO REAÇÃO ANÓDICA REAÇÃO CATÓDICA

AÇO + MEIO ÁCIDO

AERADO Fe Fe

+2 + 2e 2H

+ + ½ O2 + 2e H2O

ZINCO + MEIO

AQUOSO Zn Zn

+2 + 2e H2O + ½ O2 + 2e 2 OH

-

ALUMÍNIO + CuSO4 Al Al+3

+ 3e Cu+2

+ 2e Cu

ESTANHO + MEIO

ÁCIDO SEM AERAÇÃO Sn Sn

+2 + 2e 2H

+ + 2e H2

8. NOÇÕES SOBRE METALURGIA

Neste capítulo, serão descritas algumas noções de metalurgia para que se possa

entender como e porque ocorrem os processos corrosivos. Como os metais mais afetados

pela corrosão são as ligas ferrosas, o exposto a seguir dará maior destaque para as

caraterísticas e o processo de fabricação do aço, principal liga ferrosa.


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8.1. DEFINIÇÕES

- LIGA FERROSA: São assim chamadas, todas as ligas metálicas cujo principal

componente seja o elemento químico ferro.

- AÇO CARBONO: São assim chamadas, todas as ligas ferrosas que contenham na

sua composição química um teor de carbono entre 0,008 e 2,06

% e as impurezas descritas abaixo, dentro dos limites

especificados:

Fósforo: entre 0,04 e 0,10 %

Enxofre: até 0,06 %

Manganês: entre 0,25 e 1,0 %

Silício: entre 0,05 e 0,3 %

Al, H, O, N: traços

- FERRO FUNDIDO: São assim chamadas, todas as ligas ferrosas que contenham na

sua composição química um teor de carbono entre 2,06 e 6,7

% e as impurezas descritas abaixo, dentro dos limites

especificados:

Fósforo: entre 0,04 e 0,10 %

Enxofre: até 0,06 %

Manganês: entre 0,25 e 1,0 %

Silício: entre 1,0 e 2,8 %

Al, H, O, N: traços

- AÇO LIGA: São assim chamadas, todas as ligas ferrosas que contenham na sua

composição química os mesmos teores de carbono e impurezas do

aço carbono, mais a presença de outros elementos químicos,

chamados de ELEMENTOS DE LIGA.

- AÇO INOXIDÁVEL: São assim chamados, os aços liga em que pelo menos um dos

elementos de liga presentes na composição químicos do aço

seja o CROMO com um teor acima de 12%. Os aços

inoxidáveis são classificados em função da sua

microestrutura cristalina predominante, assim podemos ter:

aços inoxidáveis austeníticos microestrutura

austenítica.

aços inoxidáveis ferríticos microestrutura ferrítica

aços inoxidáveis martensíticos microestrutura

martensítica.

- LIGAS NÃO FERROSAS: São assim chamadas, todas as ligas metálicas em que o

principal elemento químico na composição da liga não

seja o Ferro, embora este possa participar da

composição da liga, mas não como elemento

preponderante.


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- IMPUREZAS: São assim chamados, todos os elementos químicos indesejáveis que

aparecem na composição química da liga metálica.

8.2. PROCESSO SIMPLIFICADO DA FABRICAÇÃO DO AÇO

Basicamente a produção do aço é feita em 4 etapas, como descrito a seguir:

1a ETAPA: Preparação da matéria prima para o alto - forno.

- COQUERIA: Remove os gases do carvão transformando-o em coque

metalúrgico. Este coque será o agente redutor do ferro quando

no alto - forno. Sua queima vai liberar calor para a fusão do

minério de ferro.

- SINTERIZAÇÃO: O minério de ferro é calcinado e transformado em esferas de

dimensões controladas e porosas. Esse produto é chamado de

SINTER.

2a ETAPA: Produção da GUSA no alto forno a partir da matéria prima preparada na

coqueria e sinterização.

COQUE + SINTER + CALCÁRIO + EL. DE LIGA (se for o caso)

GÁS QUE SERÁ UTILIZADO PARA

PRÉ-AQUECER O AR A SER INJETADO

NO ALTO-FORNO.

FERRO GUSA A ˜ 1200C PARA REFINO

AR PRÉ-

AQUECIDO

A ˜ 900C

ESCÓRIA QUE SERÁ USADA NA FABRICAÇÃO DE CIMENTO

ALTO - FORNO


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3a ETAPA: Produção do aço através do refino do ferro-gusa. Esta etapa pode ser feita

pelos processos de lingotamento ou fundição.

O refino consiste em reduzir os elementos químicos do ferro-gusa aos

teores especificados. As principais reações químicas que ocorrem no

refino são:

- REAÇÕES DE REMOÇÃO DO OXIGÊNIO DO MEIO LÍQUIDO:

C C + ½ O2 CO

Si Si + O2 SiO2 ( escória )

Mn Mn + ½ O2 MnO ( escória )

S S + O2 SO2

- REAÇÃO DE REMOÇÃO DO ÓXIDO DE FERRO:

P 2P + 5 FeO + 4CaO 4 CaO.P2O5 (escória) + 5 Fe

4a ETAPA: Conformação do aço sólido para as dimensões desejadas. Nessa etapa o

método a ser empregado, depende do produto desejado. Por exemplo

:

PRODUTO DESEJADO MÉTODO DE CONFORMAÇÃO

CHAPA LAMINAÇÃO

TUBO EXTRUSÃO

VÁLVULA FORJARIA

PEÇAS ACABADAS FUNDIÇÃO

FLANGE FORJARIA

PRODUTO

AÇO DENTRO DA

COMPOSIÇÃO

QUÍMICA

DESEJADA.

AÇO LÍQUIDO

GÁS GÁS

O2

LINGOTEIRA


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8.3. PRINCIPAIS HETEROGENEIDADES DOS AÇOS

Devido a várias causas oriundas do processo de fabricação, praticamente todo aço na

forma fundida e antes de ser trabalhado (laminado, extrudado, forjado etc.), contém maior

ou menor quantidade de heterogeneidades. As principais heterogeneidades dos aços são:

vazios, segregações, dendritas, bolhas etc.

a) VAZIOS: Como resultado de uma velocidade de resfriamento diferente do metal

líquido, acabam ocorrendo vazios no interior dos metais após sua total

solidificação. Principalmente porque o metal quando passa do estado

líquido para o estado sólido diminui de volume, como mostra o

esquema da figura 16.

FRENTES DE SOLIDIFICAÇÃO

METAL

LÍQUIDO

METAL

LÍQUID

O

METAL SOLIDIF.

VAZIO

METAL SOLIDIF.

ÚLTIMA PARTE

DO METAL A

SOLIDIFICADAR-

SE


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Figura 16 - Formação de vazios durante a solidificação do metal.

b) SEGREGAÇÃO: Todo metal se solidifica por último numa região mais central

devido à ação das frentes de solidificação já mostradas. Como

o meio líquido tem maior solubilidade do que o meio sólido, o

metal vai se solidificando e as impurezas existentes na fase

líquida vão sendo empurradas para a parte do metal que ainda

está líquida, logo ficarão retidas na última parte a se

solidificar do metal, que é a região vizinha ao vazio.

c) DENDRITAS: Todo metal se solidifica através da formação de pequenos cristais

que crescem competitivamente a partir das laterais da lingoteira

(frentes de solidificação ou de resfriamento), até se encontrarem

e completar a solidificação. Esses cristais formados se

assemelham a ramificação de uma árvore (dendron em grego),

por isso chama-se de DENDRITAS. Assim, um metal no seu

estado bruto de fusão (antes de ser trabalhado), apresenta uma

estrutura dendrítica.

d) BOLHAS: São cavidades cheias de gases que dissolvidos no metal líquido não

conseguem escapar durante a solidificação do metal e ficam retidos no

seu interior, junto com os vazios e segregações. Os principais gases

que ficam retidos são: hidrogênio, nitrogênio e oxigênio, sendo este

último o mais danoso por ser um gás ativo (reage com outros

elementos químicos presentes no metal líquido, formando óxidos).

As bolhas são reduzidas com o uso de elementos chamados de

desoxidantes (Fe-Si, Fe-Mn, e Al), que são introduzidos na 3a etapa de

fabricação do aço e reage com o nitrogênio, hidrogênio, oxigênio e até

com alguns outros elementos indesejáveis como o fósforo e o enxofre,

formando compostos que vêm a superfície do metal, quando este ainda

está líquido e podem ser eliminados.

As bolhas podem também ser eliminadas por trabalho mecânico (tipo

laminação, forjaria etc.), através de novo caldeamento de suas

superfícies.

VAZIO LOCALIZAÇÃO

DA SEGREGAÇÃO

METAL SOLIDIFICADO


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8.4. ESTRUTURA DOS METAIS

Uma molécula tem uma regularidade estrutural, porque as ligações covalentes determinam

um número específico de vizinhos para cada átomo e a orientação no espaço dos mesmos.

Portanto, uma repetição deve existir ao longo de um polímero linear. A maioria dos

materiais de interesse de engenharia tem arranjos atômicos, que também dão repetições nas

três dimensões de uma unidade básica. Tais estruturas são denominadas CRISTAIS.

A maior parte dos metais tem uma estrutura formada a partir de células de cristais

cúbicos. Como a solidificação dos metais ocorre em várias direções diferentes, os cristais

que formam um metal terão várias orientações. Os cristais individuais são chamados de

GRÃOS. A forma do grão em um sólido é controlada pela presença dos grãos

circunvizinhos. No interior de cada grão, todos os átomos estão arranjados segundo um

único modelo e uma única orientação, caracterizada pela célula unitária. Entretanto, no

CONTORNO DO GRÃO entre dois grãos adjacentes, há uma zona de transição, a qual não

está alinhada com nenhum dos grãos.

A diferença de orientação dos grãos adjacentes produz um empacotamento dos

átomos localizados no contorno de grão menos eficiente. Dessa forma, os átomos ao longo

do contorno têm uma energia mais elevada que aqueles do interior dos grãos. Isto justifica a

menor resistência à corrosão dessas regiões da estrutura cristalina dos metais.

9. MICROPLHAS

9.1. CONCEITUAÇÃO

São assim chamadas as pilhas de corrosão em que as áreas anódicas e catódicas têm

tamanho microscópico. Esta é provavelmente a mais freqüente pilha na natureza, ânodo e

cátodo são partes distintas de um mesmo metal. A grande particularidade é que uma

superfície metálica tem inúmeras áreas anódicas e catódicas de tamanho microscópico,

impossíveis de serem observadas a olho nu. Isso decorre das imperfeições diversas de um

metal.

As causas mais determinantes deste tipo de pilha são:

* Heterogeneidades dos aços;

* Estado de tensões diferentes as quais duas regiões vizinhas do material estejam

sujeitas;

* Grau de acabamento ou rugosidade superficial em pontos vizinhos da superfície;

* Diferença no tamanho dos grãos em regiões vizinhas do metal;

* Diferentes microestruturas em regiões vizinhas do metal;

etc.

Podemos citar como alguns exemplos práticos da corrosão com a formação de

micropilhas: a corrosão da chaparia de automóveis, dos eletrodomésticos, de latarias etc.


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9.2. LOCALIZAÇÃO DAS ÁREAS DE MAIOR CORROSÃO

A localização das áreas de um metal que sofrera maior corrosão, na grande maioria

das vezes, é impossível de serem distinguidas a olho nu e muitas vezes até mesmo com o

uso de microscópios eletrônicos, porque na verdade um metal possui inúmeras áreas

anódicas e catódicas dispersas na sua superfície. Além disso, as áreas que inicialmente

funcionam como anódicas, com o decorrer do processo corrosivo podem passar a serem

catódicas e vice - versa, porque a diferença de atividade dessas áreas é muito pequena e

qualquer alteração na sua superfície pode alterar e inverter as tendências dessas regiões.

Deve ser ressaltado, que, na prática, uma chapa com corrosão através de micropilhas,

aparece na forma uniforme.

Entretanto, existem algumas situações em que os processos de fabricação e/ou

montagem de equipamentos ou estruturas provocam alterações internas no metal, em geral

não visíveis a olho nu, que

pode tornar toda uma região de dimensões maiores como áreas de menor resistência à

corrosão do que as demais (grandes áreas anódicas) é o que acontece por exemplo quando

se executam soldas homogêneas em estruturas sem que se tome alguns cuidados pós-

soldagem para corrigir as alterações que o processo de soldagem impõem no metal soldado.

A figura 17 mostra a localização das regiões de maior corrosão.

OBS. As soldas, apesar de também serem regiões diferentes do restante do material,

em geral são constituídas de elementos químicos que melhoram suas

propriedade mecânicas e de resistência à corrosão em relação as demais

partes do metal, compensando o fato de serem uma descontinuidade do

material.

Figura 17 - Localização das regiões de maior corrosão numa chapa com solda

homogênea.

Assim como essas regiões soldadas, existem outras de menor resistência à corrosão e

mais facilmente identificável. Mas, de maneira geral, os metais que sofrem corrosão pela

formação de micropilhas possuem inúmeras áreas anódicas e catódicas. O esquema da

figura 18 mostra como as áreas anódicas e catódicas apareceriam, se fosse possível a sua

visualização. Esse desenho é hipotético, pois na prática tal visualização é impossível,

entretanto este esquema justifica as observações.

CHAPA DE AÇO

CARBONO

CHAPA DE AÇO

CARBONO

SOLDA EM AÇO CARBONO

REGIÕES DO METAL MODIFICADAS DEVIDO AO CALOR RECEBIDO DURANTE A

SOLDAGEM - REGIÕES DE MENOR RESISTÊNCIA À CORROSÃO DO QUE AS DEMAIS.


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Figura 18 - Visualização hipotética de como estariam distribuídas as áreas anódicas e

catódicas numa superfície metálica.

9.3. EXERCÍCIOS

A seguir estão resolvidos dois exercícios de micropilhas cuja finalidade é

proporcionar ao leitor, a pratica da identificação das reações de corrosão e a representação

esquemática de micropilhas.

1o EXERCÍCIO: Depois de construir um esquema que represente o processo de corrosão do

sistema aço carbono / ácido sulfúrico aerado, responda as questões

seguintes:

a) Mostre no seu esquema a movimentação de cargas da pilha.

b) Quais as reações da pilha?

RESOLUÇÃO

ESQUEMA REPRESENTATIVO DA PILHA FORMADA (Fe/H2SO4 aq. + H2O)

A = ÁREA ANÓDICA - ÁREA DE MENOR RESISTÊNCIA À CORROSÃO

C = ÁREA CATÓDICA - ÁREA DE MAIOR RESISTÊNCIA À CORROSÃO

C A C A

C C C

A A C A

A C C

A A

A C C A


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2o EXERCÍCIO: Depois de construir um esquema que represente o processo de corrosão

interna da chaparia em alumínio de um tanque de armazenamento de

sulfato de alumínio, responda as questões a seguir:

a) Quais as reações do processo corrosivo?

b) Mostre no seu esquema, a movimentação de cargas da pilha.

RESOLUÇÃO

ESQUEMA REPRESENTATIVO DA PILHA (Al/CuSO4 aq. )

Fe+2

H

+ O2

H2

e

A.C.

A

C

REAÇÕES DA PILHA

1. REAÇÃO ANÓDICA

Fe Fe+2

+ 2e

2. REAÇÃO CATÓDICA

2H+ + ½ O2 + 2e H2O

H2SO4 + H2O

Al

e

Cu+2

Cu

Al+3

CuSO4 + H2O

REAÇÕES DA PILHA

1. REAÇÃO ANÓDICA

Al Al+3

+ 3e

2. REAÇÃO CATÓDICA

Cu+2

+ 2e Cu

METAL

DEPOSITADO


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10. PRINCIPAIS FATORES QUE INTERFEREM NO PROCESSO CORROSIVO

10.1. INTRODUÇÃO

Existem inúmeros fatores que podem modificar um processo de corrosão, mas o

objetivo deste trabalho será mostrar apenas aqueles de maior interferência. A figura 18

apresenta uma série de fatores que interferem na corrosão, separados de maneira a indicar

através de qual participante do processo eles atuam.

METAL + MEIO PRODUTO DE

CORROSIVO CORROSÃO

- COMPOSIÇÃO QUÍMICA

- MICROESTRUTURA_

CRISTALINA

- ESTADO DE TENSÕES

- PAR GALVÂNICO

- TIPO E FORMA DAS IMPUREZAS

- GRAU DE RUGOSIDADE DA

SUPERFÍCIE

- pH

- AERAÇÃO

- CONCENTRAÇÃO IÔNICA

- TEMPERATURA

- VELOCIDADE

- POLARIZAÇÃO

- POROSIDADE

- ADERÊNCIA

- PLASTICIDADE

-PERMEABILIDADE

- ESPESSURA

- SOLUBILIDADE

- HIGROSCÓPIO

Figura 19 - Principais fatores que influenciam à corrosão metálica.

De todos os fatores da figura 19 podemos destacar para um estudo mais detalhado os

seguintes:

- No Metal: A composição química e par galvânico, sendo que este

último será estudado na parte 2.

- No Meio Corrosivo: O pH e a aeração do meio.

- No Produto de Corrosão: Todas as características serão referenciadas juntas quando

se falar em características protetoras.

10.2. INFLUÊNCIA DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO METAL NA CORROSÃO

Para facilitar o desenvolvimento deste assunto ele será dividido por tipo de material,

sendo estudados apenas os materiais mais usuais na indústria e no cotidiano que sofrem

deterioração pela corrosão.


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a) AÇOS: Dos elementos químicos, normalmente presentes na composição química

de um aço, os de maior influência sobre a corrosão são : o enxofre, que é

uma impureza, e os elementos de liga, como o : cobre, cromo e níquel.

a.1.) ENXOFRE : É considerado uma impureza para o aço. Dependendo do tipo e forma do

sulfeto formado, sua influência pode ser maior ou menor.

Os sulfetos normalmente presentes nos aços são os de manganês e de ferro. Ambos

têm grande influência na resistência a corrosão em geral, mas principalmente em meios

ácidos, onde pode ocorrer a difusão do hidrogênio nascente para o interior do metal. Caso o

hidrogênio fique aprisionado no reticulado cristalino, provocará uma redução na resistência

mecânica e um aumento da sensibilidade ao entalhe do metal.

Para ácidos fortes, como o sulfidrico (H2S) e o fluorídrico (HF), é normal exigir-se

que o teor de enxofre na composição química do aço seja limitado em valores da ordem de

0,005 % , fato que encarece bastante o aço. Pois os teores normais de enxofre nos aço são:

0,05% para aços carbono e 0,025% para aços liga.

Deve ser ressaltado, que a formação do sulfeto de manganês no aço visa a remoção

do CO para evitar a formação de bolhas no interior deste que é bastante prejudicial às

propriedades mecânicas.

a.2.) COBRE : É um elemento de liga adicionado na composição química do aço, com o

objetivo de aumentar a sua resistência à corrosão atmosférica. Os teores de cobre

adicionados no aço com essa finalidade variam na faixa de 0,20 a 0,35 % .

O aumento da resistência a corrosão obtida com a adição de cobre no aço é devido a

formação de uma película sobre a superfície metálica quando o metal é exposto a uma

atmosfera com umidade acima de 60 % e principalmente na presença de SO2 ou cloretos.

No primeiro caso, a proteção da superfície é obtida pela formação de uma camada de

sulfato básico de cobre [CuSO4. 3 Cu(OH)2 ] e no segundo a película formada é o cloreto

básico de cobre [CuCl2. 3 Cu(OH)2].

Devido a essa propriedade, os aços com cobre são chamados de AÇOS

ACLIMÁVEIS ou AÇOS PATINÁVEIS e a película protetora por eles formada é

normalmente chamada de PATINA.

A maioria dos fabricantes usa nomes comerciais para se referir a esses aços como, por

exemplo: AÇOS COR-TEN, AÇOS NIOCOR, AÇOS COS-AR-COR, que muitas vezes

além da adição de cobre tem também adições de Níquel, Nióbio, Cromo e Molibdênio, em

pequenas quantidades, com a finalidade de melhorar as características da película protetora

(patina).

a.3.) CROMO : É um elemento de liga adicionado na composição química do aço, com o

objetivo de melhorar as suas propriedades a altas temperaturas ( acima de 400C ) e

também aumenta a resistência à corrosão em meios oxidantes, qualquer que seja a

temperatura.

O aumento da resistência à corrosão em meios oxidantes é devido as características

protetoras do produto de corrosão formado, que acaba por isolar o metal do meio corrosivo,

reduzindo a taxa de corrosão a valores desprezíveis enquanto a película não for rompida,

esse fenômeno, chamamos de PASSIVAÇÃO e será melhor explicado mais a frente.

Os aços com mais de 12% de cromo na sua composição química são chamados de

AÇOS INOXIDÁVEIS, como já descrito anteriormente.


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Os aços inoxidáveis são os mais indicados quando se deseja boa resistência à

corrosão em meios oxidantes e para temperaturas acima de 400C.

A resistência à corrosão dos aços ao cromo a altas temperaturas depende do teor de

cromo presente na composição química do aço, como mostra a tabela 5.

TEOR DE CROMO NO AÇO EM % TEMPERATURA MÁXIMA INDICADA

PARA RESISTÊNCIA À CORROSÃO EM C

0,75 a 1 540

2 a 3 600

4 a 6 650

7 a 9 700

9 a 13 750

14 a 17 850

18 a 21 1000

22 a 25 1100

Tabela 5 - Influência do Cromo na resistência à corrosão dos aços.

a.4.) NÍQUEL : É outro elemento de liga, adicionado à composição química do aço com o

objetivo de melhorar as propriedades deste em baixas temperaturas ( abaixo de 15C ).

Entretanto também melhora a resistência à corrosão dos aços em meios oxidantes em

qualquer temperatura.

Esse aumento da resistência à corrosão concedida pelo níquel aos aços, é explicado

pela melhora que ele proporciona ao óxido de ferro, produto de corrosão formado na

corrosão do aço em meios oxidante. A melhora consiste num aumento da aderência e

plasticidade do óxido de ferro à superfície metálica, bem como uma redução da sua dureza

e porosidade, melhorando as características do produto de corrosão que passa a ser protetor

assim a taxa de corrosão é reduzida.

Em meios oxidantes onde existem gases ricos em enxofre no produto de corrosão

formado, pode ocorrer a formação de um constituinte eutético (Ni3S2) que funde a 645 C e

reduz muito a resistência à corrosão do aço. Por isso, deve ser evitado o uso de ligas de

níquel em temperaturas acima de 600C, quando existe a possibilidade de se ter gases ricos

em enxofre no meio.

b) METAIS NÃO FERROSOS: Dos metais não ferrosos mais usados na indústria e

no cotidiano os que visam aumento da resistência à

corrosão são: as ligas de cobre, níquel e alumínio.

b.1.) LIGAS DE COBRE : São ligas usadas quando se deseja boa resistência à corrosão em

meios aquosos aerados. A boa resistência à corrosão dessas ligas, em meios aquosos

aerados é devido as características protetoras do produto de corrosão formado (óxido

hidratado de cobre ).

A resistência à corrosão dessas liga pode ser bastante reduzida em meios aquoso com

pH menor do que 6, ou quando se tem baixa quantidade de oxigênio dissolvido ou se o

meio estiver contaminado com amônia, mesmo em pequenas quantidades.


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As ligas de cobre estão sujeitas a dois tipos de corrosão que são :

- DEZINSIFICAÇÃO: é a corrosão seletiva do zinco que ocorre nas ligas

Cu/Zn (latões ), quando mergulhado em água

natural.

- CORROSÃO SOB TENSÃO: é uma corrosão na forma de trincas que pode ocorrer

nas ligas de cobre quando em meio aquoso

contaminado com amônia.

b.2.) LIGAS DE NÍQUEL : As ligas de níquel tem sua principal utilização em meios de

ácidos fortes, como o ácido fluorídrico, cujo material de melhor resistência à corrosão são

as ligas Ni/Cu, chamadas de MONEL ( 67% Ni e 32% Cu ), são usadas também com

bastante sucesso em ácido sulfúrico.

As ligas com alto teor de níquel e cromo são as de melhor resistência à corrosão por

cinzas de combustíveis que contenham vanádio e sulfato de sódio, sendo as mais usuais

para estes casos as ligas com 50% de Cr e 50% de Ni ou ligas com 60% Cr e 40% Ni.

Para as aplicações de resistência à corrosão a altas temperaturas, na faixa de 700C,

costuma-se utilizar ligas com 78% Ni, 14% Cr e 7% Fe, chamadas de INCONEL, com

excelentes resultados.

b.3.) LIGAS DE ALUMÍNIO : As ligas de alumínio tem sua maior aplicação na resistência

à corrosão atmosférica quando não se necessita de alta resistência mecânica. Sua resistência

à corrosão está associada a excelente característica protetora do produto de corrosão

formado quando em meios aquosos aerados ou meios oxidantes, em geral. Em meios sem

aeração ou ácidos, as ligas de alumínio tem muito baixa resistência à corrosão, sendo até

inferior ao aço carbono em alguns casos.

Essas características fazem das ligas de alumínio um excelente material para

aplicações domésticas, como portões, janelas, grades de proteção, aparelhos domésticos,

embalagens etc., aplicações onde a principal exigência é a resistência à corrosão

atmosférica.

10.3. INFLUÊNCIA DO pH DO MEIO NA CORROSÃO

A influência da concentração iônica do hidrogênio no meio (pH) tem grande

importância quando o meio é aquoso, principal meio corrosivo. Essa influência está bem

representada na figura 20.


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pH

taxa d

e co

rrosã

o (

ip

y )

0

0,005

0,01

0,015

0,02

0,025

14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

Figura 20 - Influência do pH do meio corrosivo na corrosão do aço carbono.

O pH do meio influencia na corrosão através da modificação do tipo e/ou velocidade

das reações catódicas do processo corrosivo. Devemos lembrar que um aumento ou redução

na reação catódica provoca o mesmo efeito na reação anódica. Assim, as modificações

observadas na figura 20 podem ser justificadas com segue:

1a PARTE: VALORES DE pH INFERIORES A 5

Nessas situações a taxa de corrosão aumenta com o aumento do pH

porque a reação catódica é uma reação de redução do cátion hidrogênio ( 2H+ + 2e

H2 ), portanto quanto menor o pH do meio, maior será a quantidade íons

hidrogênio no meio possíveis de reagirem, ou seja mais reagente, mais reação. Outro

fato que colabora com o aumento da corrosão é que a solubilidade do produto de

corrosão aumenta com a redução do pH, expondo mais rapidamente a superfície

metálica à corrosão (não há barreira).

2a PARTE: VALORES DE pH ENTRE 5 E 10

Para essas situações a taxa de corrosão independe do pH, dependendo

apenas da quantidade de oxigênio dissolvido e da sua taxa de difusão no meio. Pois a

reação catódica nessa faixa de pH passa a ser uma reação de redução do oxigênio ao

íon oxidrila (H2O + 2e + ½ O2 2 OH-). O resultado é uma taxa de corrosão

constante, mesmo variando-se o pH do meio.

3a PARTE: VALORES DE pH ACIMA DE 10

A reação catódica continua sendo a reação de redução do oxigênio a

oxidrila que independe do pH, dependendo apenas da quantidade de oxigênio

dissolvido e da sua velocidade de difusão no meio. O aumento do pH, melhora a

estabilidade do produto de corrosão no meio, promovendo uma PASSIVAÇÃO da

superfície metálica, com conseqüente redução da taxa de corrosão do metal, pela

formação de uma barreira eficiente.


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10.4. INFLUÊNCIA DA AERAÇÃO DO MEIO NA CORROSÃO

Em corrosão, aeração significa quantidade de oxigênio dissolvido no meio. Sua

interferência é maior em meios aquosos e na corrosão atmosférica. O efeito do oxigênio

dissolvido no meio sobre a taxa de corrosão depende fundamentalmente se o metal

apresenta passivação em meio oxidante.

Para metais que apresentam passivação em meios oxidantes, a aeração reduz a taxa de

corrosão, enquanto que a ausência da aeração aumenta drasticamente esse valor. A figura

21 mostra esquematicamente essa influência.

Figura 21 - Influência da aeração do meio sobre a taxa de corrosão de metais que

apresentam passivação.

Para os metais que não apresentam passivação em meios aerados, a aeração aumenta

a taxa de corrosão do metal até o limite solubilidade do oxigênio no meio, porque o

oxigênio tem um efeito DESPOLARIZANTE. (despolarização é a quebra de uma barreira

que o meio cria próximo a interface metal/solução que dificulta a aproximação dos íons até

a superfície metálica para descarregarem, figura 22).

QUANTIDADE DE O2 DISSOLVIDO NO MEIO

TEOR MÍNIMO DE O2

DISSOLVIDO NO MEIO PARA SE

OBTER PASSIVAÇÃO

METAL ATIVO

METAL PASSIVO


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Figura 22 - Influência da aeração do meio sobre a taxa de corrosão de metais que não

sofrem passivação.

10.5. INFLUÊNCIA DO PRODUTO DE CORROSÃO NA CORROSÃO

Existem alguns metais que em meios corrosivos específicos formam produtos de

corrosão com características protetoras que ISOLAM o metal do meio corrosivo, após um

tempo inicial de corrosão, reduzindo a taxa de corrosão a valores desprezíveis, como

mostra a figura 23. Este fenômeno chama-se PASSIVAÇÃO ( proteção por barreira que

isola o metal do meio corrosivo).

A passividade de um metal é o resultado da formação de um composto formado com

constituintes do metal e do meio que ficam interligados por forças de atração elétricas e

fortemente aderidos a superfície metálica, como uma continuidade do metal. Além da boa

aderência, esta película formada sobre a superfície metálica deve ter também: boa

plasticidade, baixa dureza, baixa permeabilidade, ser insolúvel no meio e baixa espessura.

Algumas vezes essa película protetora e isolante tem coloração típica facilitando sua

identificação, como no caso das ligas de cobre expostas a atmosferas industriais, onde a

película apassivadora tem uma coloração azul esverdeada (sulfato básico de cobre). Em

muitos casos, a película apassivadora é incolor ou tem a cor metálica, dificultando a sua

percepção a não ser pela perda de brilho do metal.

O fenômeno da passivação só é atingido por alguns metais quando expostos em

meios específicos. A seguir, estão descritos algumas combinações metal / meio corrosivo

em que ocorrem passivação do metal:

- Aços inoxidáveis expostos em meios aquosos aerados ou meios oxidantes em geral;

- Aço carbono exposto a ácido nítrico concentrado;

- Ligas de níquel expostas a meios aquosos aerados ou meios oxidantes;

- Ligas de cobre expostas a atmosferas industriais;

- Ligas de alumínio expostas a qualquer tipo de atmosferas;

- Ligas de chumbo expostas a ácido sulfúrico diluído; etc.

QUANTIDADE DE O2 DISSOLVIDO NO MEIO

LIMITE DE SOLUBILIDADE DO O2

NO MEIO

RETAS PARALELAS

MEIO SEM AERAÇÃO

MEIO

AERADO

EFEITO DESPOLARIZANTE


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Figura 23 - Influência da passivação na corrosão

O fenômeno da TRANSPASSIVAÇÃO, mostrado na figura 23, pode ocorrer quando

o meio possui algum componente com propriedade de romper o filme protetor formado ou

quando ocorre alguma modificação das características do meio. A maioria das películas

apassivadora pode ser rompida com variações de concentração do meio ou a presença de

componentes específicos no meio, como por exemplo: a presença de cloretos em meios

onde o metal exposto é o aço inoxidável, o aumento da concentração do ácido sulfúrico

para as ligas de chumbo, a diluição do ácido nítrico para o aço carbono, etc. Em todos esses

casos, a película apassivadora do metal pode ser rompida rapidamente e o metal estará

novamente ativo, ou seja, volta a sofrer corrosão normalmente. Nos casos conhecidos de

quebra da passivação, deve ser evitado o uso do metal.

11. CORROSÃO ATMOSFÉRICA

11.1. INTRODUÇÃO

A corrosão atmosférica é um caso particular de corrosão, conhecido como uma das

formas de deterioração mais desastrosa sobre o ponto de vista econômico. A maioria das

instalações industriais, estruturas e peças metálicas ficam expostas à atmosfera e os

prejuízos causados por este meio corrosivo é muitas vezes maior do que os decorrentes por

qualquer outro meio.

Dependendo do desenvolvimento do local e das suas características, o ar atmosférico

pode depositar temporariamente ou até continuamente pequenos filmes de meios corrosivos

extremamente agressivos, sobre a superfície metálica.

METAL

ATIVO

METAL PASSIVO

TRANSPASSIVAÇÃO

METAL

ATIVO

TEMPO TEMPO NECESSÁRIO PARA O METAL

OBTER A PASSIVAÇÃO

ROMPIMENTO DA PELÍCULA

PROTETORA FORMADA


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A corrosão atmosférica não manifesta-se apenas em metais expostos ao ar livre, mas

também em metais abrigados, não protegidos. A agressividade do ar atmosférico depende

das condições específicas do local.

11.2. CARACTERÍSTICAS DA CORROSÃO ATMOSFÉRICA

Chama-se corrosão atmosférica os processos corrosivos em que o meio é o ar

atmosférico.

Os valores médios dos constituintes do ar atmosférico, QUANDO SECO, são

aproximadamente os seguintes: 0,03% de gás carbônico, 0,01% de neônio + hélio +

hidrogênio, 21,02% de oxigênio e 78% de nitrogênio, ou de maneira simplificada 22% de

oxigênio e 78% de nitrogênio. Experiências sobre a agressividade de um meio assim

composto mostram uma taxa de corrosão muitas vezes menor do que a registrada na

corrosão atmosférica de todos os metais, inclusive o aço carbono. Esta constatação mostra

que a agressividade do ar atmosférico não é devida a seus constituintes padrões, mas sim

devido à presença de componentes que são introduzidos no ar atmosférico, pelas

características regionais, industrias e pelos gases gerados após a queima de combustíveis.

Assim, é de se esperar que metais, exatamente iguais, apresentem taxas de corrosão

diferentes quando expostos em locais com outras características regionais, pois os meios

corrosivos serão diferentes.

Os principais componentes que, presentes no ar, interferem na taxa de corrosão dos

metais são:

- A umidade relativa do ar;

- O tipo e a quantidade de poluentes;

- O tipo e a quantidade de sais em suspensão;

- A variação da temperatura;

- O índice de chuvas;

- A intensidade e direção dos ventos.

Dos componentes citados acima os dois que tem maior influência na taxa de corrosão

são a umidade relativa do ar e os poluentes que serão melhor avariados a seguir.

A umidade relativa do ar é uma relação entre a quantidade de vapor d’água existente

no ar e o valor máximo admissível numa determinada temperatura, que expresso em

porcentagem representa basicamente a quantidade de vapor d’água existente no ar. Deve

ser ressaltado, que o valor da umidade relativa do ar muda com a temperatura, pois a

quantidade máxima de vapor d’água admissível no ar é diretamente proporcional a ela.

Considerando apenas os valores da umidade relativa do ar, as atmosferas costumam

ser classificadas como mostra a tabela 6.


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UMIDADE RELATIVA

DO AR ( % )

CLASSIFICAÇÃO DAS

ATMOSFERAS EM FUNÇÃO DA

UMIDADE RELATIVA DO AR

AGRESSIVIDADE EM

RELAÇÃO AO AÇO

CARBONO

até 30 SECA BAIXA

30 a 60 NORMAL MÉDIA

60 a 90 ÚMIDA ALTA

acima de 90 MOLHADA ALTA

Tabela 6 - Classificação das atmosferas em função da umidade relativa do ar.

OBS. Na prática ocorre uma variação dessas atmosferas num mesmo dia e local.

Experiências têm mostrado que para todos os metais existe um valor de umidade

relativa em que a taxa de corrosão tem um crescimento abrupto. A esse valor de umidade

relativa chama-se de UMIDADE RELATIVA CRÍTICA DO AR (a crítica significa alta

taxa de corrosão). O valor da umidade relativa crítica varia entre 50 e 70% para a grande

maioria dos metais. Por exemplo: para o aço carbono esse valor é de aproximadamente

60%. A figura 24 mostra a influência da umidade relativa crítica do ar na taxa de corrosão.

Figura 24 - Influência da umidade relativa do ar na taxa de corrosão.

Considerando-se, apenas a presença dos poluentes e sais dissolvidos no ar temos uma

outra maneira de classificar as atmosferas, como mostrado na tabela 7.

UMIDADE RELATIVA DO AR ( % )

UMIDADE RELATIVA CRÍTICA DO AR (ESTE VALOR ESTÁ ENTRE 50 E 70 %

PARA A MAIORIA DOS METAIS)


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CLASSIFICAÇÃO DAS

ATMOSFERAS EM FUNÇÃO DOS

POLUENTES E SAIS DISSOLVIDOS

NO AR

PRINCIPAIS

CARACTERÍSTICAS

AGRESSIVIDADE

EM RELAÇÃO AO

AÇO CARBONO

RURAL

área afastada dos grandes

centros urbanos, da orla

marítima e das indústrias

BAIXA

URBANA

área dentro dos grandes centros

urbanos, mas afastada da orla

marítima e afastada das

indústrias de base

MÉDIA

INDUSTRIAL

área próxima das indústrias de

base, com quantidades

apreciáveis de SO2,, H2S, NH3 ,

NO2 e cinzas em suspensão

ALTA

MARINHA

área próxima da orla marítima,

com grandes quantidades de

cloretos de sódio em suspensão.

ALTA

Tabela 7 - Classificação das atmosferas em função dos poluentes.

OBS. Na prática existe uma combinação de mais de uma dessas atmosferas, como

por exemplo, na COSIPA, (localizada na cidade de Cubatão) onde a atmosfera

é industrial e marinha.

A figura 25 mostra a influência conjunta da umidade relativa do ar e dos poluentes na

taxa de corrosão.

ATMOSFERA INDUSTRIAL

ATMOSFERA RURAL

UMIDADE RELATIVA DO AR (%) UMIDADE RELATIVA CRÍTICA


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Figura 25 - Influência dos poluentes na corrosão atmosférica.

As figuras 26 e 27 mostram o resultado de experiências feitas com a exposição de

corpos de prova em aço carbono sem proteção, em atmosferas marinha e industrial,

respectivamente.

0

50

100

150

0 10 20 30 40

TEMPO ( dias )

GA

NH

O D

E M

AS

SA

(m

g)

U.R. = 58%

U.R. = 80%

U.R. = 97%

Figura 26 - Corrosão do aço carbono sem proteção, exposto a uma atmosfera

marinha.

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40

TEMPO ( dias )

GA

NH

O D

E M

AS

SA

(m

g/ d

m2)

U.R. = 90% + 0%

SO2

U.R. = 70 % +

0,01%SO2

U.R. = 99% +

0,01% SO2

Figura 27 - Corrosão do aço carbono sem proteção, exposto a uma atmosfera industrial,

com diferentes teores de Umidade Relativa do ar e SO2.


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A influência da temperatura apresenta resultados que se contrapõem. Se por um lado,

um aumento de temperatura acelera o processo corrosivo aumentando as velocidades das

reações eletroquímicas, por outro, favorece a evaporação mantendo seca a superfície

metálica.

As chuvas também apresentam resultados conflitantes: favorecem o processo

corrosivo devido ao molhamento da superfície metálica, mas também tem efeito de lavá-la,

removendo os poluentes e material particulado depositado.

Com os ventos, o resultado é similar: ao mesmo tempo em que seca a superfície

metálica, pode trazer poluentes e deposita material particulado para a superfície metálica.

A composição química dos metais tem fundamental interferência na taxa de corrosão

como já foi descrito anteriormente. Elementos químicos, como: cobre, cromo e níquel

aumentam a resistência a corrosão dos aços. Quando se está preocupado em melhorar a

resistência à corrosão atmosférica, dois tipos de aço são os mais recomendados: os AÇOS

PATINÁVEIS ou os INOXIDÁVEIS AUSTENÍTICOS. A figura 28 mostra, de maneira

comparativa, a taxa de corrosão dos aços carbono e patináveis (aço carbono com 0.25 % de

Cu).

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,1

0 200 400 600 800 1000

TEMPO (dias)

PE

RD

A D

E E

SP

ES

SU

RA

(mm

) AÇO PATINÁVEL

AÇO CARBONO

Figura 28 - Comparação da corrosão dos aços carbono e patinável, sem proteção, numa

atmosfera industrial, com Umidade Relativa do Ar entre 70 e 80%.

A seguir serão descritas algumas das conclusões do boletim 57 do IPT (Instituto de

Pesquisas Tecnológicas), sobre uma série de experiências de corrosão atmosférica feita

entre janeiro de 1986 e agosto de 1988, em várias regiões do Estado de São Paulo, varrendo

locais com vários tipos de atmosferas:

Os aços patináveis apresentam alto desempenho em atmosferas tipicamente rurais,

urbanas e industriais contaminadas com H2S ou com H2S e SO2. Em atmosferas

com alta concentração de material particulado, e extremamente úmidas contendo

SO2, a utilização dos aços patináveis deve ser feita com proteção adicional;


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Os aços inoxidáveis austeníticos apresentam excelente desempenho frente a todos

os tipos de atmosferas, desde que se tenha garantia da passivação de sua

superfície. Isto é possível expondo-se superfícies trabalhadas que facilmente se

passivam, eliminando-se as carepas por decapagem, ou submetendo-se a superfície

do metal a processos de passivação;

O cobre apresenta desempenho insatisfatório quando exposto a atmosferas

contaminadas com H2S ou com H2S e SO2. A utilização do cobre neste tipo de

ambiente deve ser somente com proteção adicional;

As ligas de alumínio apresentam desempenho satisfatório frente a todos os tipos de

atmosferas testadas. Este desempenho é garantido quando a superfície do alumínio

é constantemente lavada, devido ao acesso livre das chuvas.

A figura 29 compara a vida útil de alguns tipos de revestimentos metálicos utilizados

para a proteção do aço carbono em atmosferas industriais.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 0,2 0,4 0.6 0,8 1

massa do revestimento (Kg/m2)

tem

po p

ara

o a

pare

cim

ento

da

ferr

ugem

em

5 %

da á

rea e

xp

ost

a

(an

os)

ALUMÍNIO

ZINCO

CÁDMIO

Figura 29 - Comparação da vida útil de revestimentos metálicos aplicados sobre o aço

carbono em atmosferas industriais.


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12. CORROSÃO PELO SOLO

Chama-se genericamente de corrosão pelo solo aos processos corrosivos observados

em estruturas enterradas. Estas estruturas são normalmente: tubulações, trilhos, estacas

metálicas, cabos de transmissão de energia e telecomunicações, tanques enterrados, e

outros.

A intensidade da corrosão pelo solo depende do teor de umidade, da composição

química e do pH do próprio solo. Na prática, utiliza-se comumente o valor da resistividade

elétrica do solo como principal índice de sua agressividade. Um solo de resistividade baixa

é mais agressivo, possui umidade permanente e sais minerais dissolvidos, enquanto que um

solo de resistividade elevada é menos agressivo e possui menos umidade e sais minerais

dissolvidos. Outros fatores que influenciam na corrosividade do solo são:

- PERMEABILIDADE DO SOLO: Os solos mais permeáveis permitem maior

aeração da estrutura e consequentemente

maiores taxas de corrosão.

- PRESENÇA DE BACTÉRIAS : Certos tipos de bactérias podem acelerar os

processos corrosivos, em condições particulares.

- PRESENÇA DE POLUENTES: Os poluentes, de modo geral, tornam o solo mais

agressivo, reduzindo o seu pH.

- UMIDADE DO SOLO: A umidade reduz a resistividade elétrica do solo.

- DIFERENÇA DE NATUREZA ENTRE SOLOS VIZINHOS: A diferença nas

características de

solos vizinhos pode

criar pilhas de

corrosão de

resistividade ou

aeração diferenciais.

- CORRENTE DE FUGA: A existência de correntes elétrica que foge para o solo

pode provocar corrosão localizada.

A resistividade do solo é o fator primordial para a indicação da sua corrosividade. É

necessário que se faça um levantamento geral da resistividade do solo na área, para se

avaliar a agressividade deste. O método de medição da resistividade (de um solo) mais

utilizado praticamente é o método dos quatro pinos, que consiste na injeção de uma

corrente por meio de dois pinos externos e na medição da queda de voltagem no solo por

meio de outros dois pinos internos. Para isto, quatro pinos de aproximadamente 30 cm de

comprimento são cravados no solo, dispostos segundo uma linha reta e igualmente

espaçados.


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Este método, que foi desenvolvido por Wenner, utiliza o esquema mostrado na figura

30, sendo o valor da resistência calculado pela expressão matemática abaixo:

ONDE: I = corrente injetada pelos pinos externos, em Ampere.

V = queda de voltagem nos pinos internos, em Volts.

a = espaçamento entre os pinos, em cm.

= resistividade elétrica do solo, em ohm.cm.

Os valores assim obtidos representam a resistividade média de uma camada de solo

com profundidade igual ao espaçamento a entre os pinos.

Figura 30 - Método de Wenner usado para a determinação da resistividade de solos.

Como a resistividade do solo varia, até mesmo entre solos vizinhos, é comum se

fazerem várias medições com o espaçamento entre pinos variando na faixa de 80 cm até 1,5

vezes a profundidade que se deseja lançar a estrutura metálica. Os valores usualmente

adotados para a distância entre eletrodos são: 160, 320, 480 e 640 cm.

De acordo com os valores de resistividade medidos pelo método de Wenner, pode-se

classificar a agressividade dos solos como mostrado na tabela 8.

= 2 a ( V/I )

GERADOR DE

CORRENTE

CONTÍNUA

VOLTÍMETRO

e e

e

X+

e

e

e

X+

e

p = a

a a a

S O L O


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RESISTIVIDADE

DO SOLO

(OHM.CM )

CORROSIVIDADE DO

SOLO

NECESSIDADE DE

PROTEÇÃO

até 1000 MUITO ALTA SIM

1000 a 3000 ALTA SIM

4000 a 15000 MÉDIA SIM

acima de 15000 BAIXA AVALIAR MELHOR

Tabela 8 - Classificação dos solos em função da resistividade elétrica.

OBS. Na prática, a definição da necessidade de proteção e a escolha do tipo de

proteção a ser usado dependem de uma avaliação melhor do solo, que deve ser

feita por firma especializada. A tabela mostra uma avaliação simplista do

problema, que serve apenas como uma primeira orientação.

Considerando somente as heterogeneidades do solo, os processos de corrosão mais

comumente observados são devidos a formação das seguintes pilhas:

- pilhas galvânicas: quando existe par galvânico e o solo tem baixa resistividade;

- pilhas de aeração diferencial: quando solos vizinhos apresentam grande diferença na

concentração de oxigênio. Nesses casos a parte

da estrutura localizada no solo mais pobre em

oxigênio sofrerá maior corrosão, enquanto a

parte da estrutura localizada na seção do solo

mais rico em oxigênio é protegida (figura 31).

Figura 31 - Pilhas de aeração diferencial em solos.

- pilhas devido à resistividade diferencial: quando solos vizinhos possuem uma

grande diferença de resistividade. Nesse

caso a parte da estrutura no solo de menor

resistividade terá maior corrosão (figura

32).

TUBO

LOCAIS DE MAIOR CORROSÃO

SOLO DE

BAIXA

AERAÇÃO

SOLO BEM

AERADO iCOR iCOR


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Figura 32 - Pilhas devido a resistividade diferente entre solos vizinhos.

- pilhas por corrente de fuga: quando são criadas regiões de maior corrosão devido a

existência no solo de correntes elétricas que

FUGIRAM de algum sistema elétrico. Nesses casos,

nos locais em que a corrente de fuga deixa a estrutura

haverá maior corrosão (figura 33).

Fig. 31 - Pilha de corrosão por corrente de fuga.

Figura 33 - Pilha de corrosão por corrente de fuga.

SOLO DE MAIOR

RESISTIVIDADE

SOLO DE MENOR

RESISTIVIDADE

T U B O

LINHA DE CENTRO

DO TUBO

iCOR

iCOR

REGIÕES DE

MAIOR

CORROSÃO

iCOR

CABO POSITIVO DE ALIMENTAÇÃO DA CORRENTE

GERADOR

DE C.C. TREM

TRILHO DE RODAGEM

RETORNO DE CORRENTE

PELOS TRILHOS

T U B U L A Ç Ã O E N T E R R A D A

REGIÃO DE MAIOR CORROSÃO

CORRENTE DE FUGA

RETORNO DE CORRENTE PELO TUBO

SOLO DE BAIXA RESISTIVIDADE

iCOR


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13. CORROSÃO MICROBIOLÓGICA

13.1. CONCEITO

A corrosão é chamada microbiológica quando um processo de corrosão é acelerado

pela presença de organismos vivos no meio corrosivo. Estes organismos incluem desde as

microformas, como bactérias até macroformas, como as algas. Organismos micro e

macroscópicos tem sido observados em meios com pH entre 0 e 11, temperaturas de -1C

até 80C e pressões de até 1000 Kgf/cm2. Assim, a atividade biológica pode aumentar a

taxa de corrosão em vários meios corrosivos, como: solos de baixa resistividade, água

natural e marinha, derivados de petróleo e óleos em geral.

Os organismos são alimentados por reações químicas. Isto é, os organismos se

alimentam com os produtos das reações da corrosão e defecam substâncias que modificam

localmente as condições do meio. Estes organismos podem afetar a corrosão das seguintes

maneiras:

- Ação direta sobre as reações anódicas e/ou catódicas;

- Ação sobre os filmes protetores;

- Criando frestas, para a corrosão por frestas;

- Depositando substâncias corrosivas sobre a superfície metálica.

OBS. Estes efeitos podem ocorrer só ou combinados, dependendo do meio e do

organismo envolvido.

Os microorganismos são classificados de acordo com seu metabolismo de

crescimento, se em presença ou ausência de oxigênio. São chamados de AERÓBICOS

aqueles que requerem oxigênio para o seu crescimento e ANAERÓBICOS aqueles que

crescem com muito pouco ou nenhum oxigênio.

13.1. CORROSÃO POR BACTÉRIAS ANAERÓBICAS

A corrosão das ligas ferrosas em meios não aerados é aumentada pela presença de

bactérias redutoras de sulfato. Essas bactérias têm a forma de larva medindo de 1 a 4

micros de comprimento e crescem em meios com muito pouco ou sem oxigênio e pH entre

5,5 e 8,5.

As bactérias redutoras de sulfato são assim chamadas porque reduzem o sulfato a

sulfeto, na presença de hidrogênio molecular ou materiais orgânicos. No caso das ligas

ferrosas, o hidrogênio molecular é fornecido pelas reações catódicas, quando o meio for

ácido ou aquoso. A figura 34 mostra o efeito das bactérias anaeróbicas na corrosão do aço

carbono em meio aquoso.


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Figura 34 - Influência dos bactérias na corrosão do aço carbono

A reação característica das bactérias sulfato redutoras é: SO4-2

+ 4 H2 S-2

+

2H2O , onde o hidrogênio molecular pode ser fornecido por : reações catódicas, derivados

de celulose, açúcares, ou outro produto orgânico presente no meio.

As bactérias anaeróbicas são mais predominantes em condições de pouco oxigênio

como: barro úmido, meio aquoso desaerados e solos pantanosos. O íon sulfeto produzido

pela reação das bactérias influencia fortemente na velocidade das reações anódicas e

catódicas. A tendência é retardar as reações catódicas e acelerar as anódicas, aumentando

dessa maneira a corrosão. Nesses casos, o produto de corrosão formado é o sulfeto de ferro,

quando o metal base for uma liga ferrosa.

13.2. CORROSÃO POR BACTÉRIAS AERÓBICAS

As bactérias aeróbicas mais importantes na corrosão de ligas ferrosas são as oxidantes

de ferro, como as thiobaccillus thio-oxidantes, capazes de oxidarem o enxofre nascente ou

removerem este de um composto contendo enxofre, para formar ácido sulfúrico, como

mostrado na equação química abaixo:

2S + 3O2 + 2H2O 2 H2SO4

Estes microorganismos crescem melhor em meios de baixo pH e podem produzir

ácido sulfúrico, numa concentração de até 5 % em peso. Assim, as bactérias oxidantes de

enxofre são capazes de modificar completamente um meio corrosivo de maneira localizada.

Estes microorganismos precisam de enxofre em qualquer forma, elementar ou combinada,

por isso são freqüentemente encontrados em campos de enxofre, campos de óleo e

tubulações de esgoto.

INTRODUÇÃO DE BACTÉRIAS

NO MEIO.

AUMENTO DA CORROSÃO DEVIDO A AÇÃO

DAS BACTÉRIAS

TEMPO


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É importante alertar que as bactérias oxidantes de enxofre e redutoras de sulfato

podem operar em ciclos quando existem transformações das condições do meio, como, por

exemplo, em solos que durante a estação das chuvas se mantém úmidos e sem aeração e

durante a estação da seca estão secos e aerados.

13.3. OUTROS MICROORGANISMOS

Existem muitos outros microorganismos que influenciam direta ou indiretamente os

processos corrosivos, entretanto não têm sido estudados com muitos detalhes, embora

também tenham sua importância. Por exemplo: existem microorganismos que utilizam

hidrocarbonetos para seu crescimento e podem danificar revestimentos asfálticos usados

para proteger tubulações enterradas; as bactérias de ferro que se alimentam de íons de ferro,

resultante da corrosão das ligas de ferrosas e depositam hidróxidos ferrosos ou férricos

sobre a superfície metálica criando condições favoráveis à corrosão por frestas; as bactérias

que oxidam amônia até a formação de ácido nítrico que, quando diluído, ataca o aço

carbono e outros metais.

Existe ainda um grupo de bactérias chamadas de macroorganismos que também pode

acelerar um processo corrosivo. Dentre esses macroorganismos merece maior destaque os

FUNGOS que são um grupo de plantas caraterizadas por necessitarem de clorofila para

crescerem. Estas espécies assimilam matéria orgânica e produzem grandes quantidades de

ácidos orgânicos, como o ácido oxálico, acético e cítrico, que aceleram a corrosão tanto de

ligas ferrosas como de borrachas e revestimentos anticorrosivos. Esses fungos são mais

encontrados em água fresca e água do mar.

13.4. PREVENÇÃO A CORROSÃO MICROBIOLÓGICA

Os métodos de prevenção relacionados a seguir são os mais utilizados para a evitar a

ação das bactérias nos processos corrosivos:

- EM MEIOS AQUOSOS:

Os métodos mais usuais são à alteração do meio através da sua cloração ou pelo uso

de bactericidas a base de selenatos inorgânicos ou telureto de potássio.

- EM SOLOS:

Utilizar proteção anticorrosiva, do tipo revestimento asfáltico ou concreto, associada

a proteção catódica.

- EM MEIOS AQUOSOS ONDE O ATAQUE FOR DEVIDO A FUNGOS:

Nesses casos o método de prevenção mais utilizado é aplicação, sobre a superfície

metálica, de tintas tóxicas que contém compostos de cobre na sua formulação.

apostila corrosão

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