A.Simões - 2006 4.1

Capítulo 4Medição, inspecção e monitorização da corrosão

A.Simões - 2006 4.2

Velocidade de corrosão

Perda de peso ∆m/∆A.∆t (mg.m-2.ano-1)

Redução de espessura ∆e/ ∆t (mm/ano)

Relacionados por:

Só para corrosão uniforme

densidadet.Am

te ∆∆

∆∆

=

A.Simões - 2006 4.3

Métodos para determinação das velocidades de corrosão

Exposição NaturalExposição AceleradaPolarização Electroquímica

Extrapolação das rectas de TafelResistência de Polarização(Métodos de corrente alternada)

A.Simões - 2006 4.4

1. Exposição Natural

Exposição em solução, em condições que simulam o meio realUso de provetes, determinação da perda de massa

Corrosão atmosférica:Expositores para provetes (painéis)Orientação seleccionada, em geral virado a Sul (hemisfério Norte)Ângulo dependente da latitudeTambém usados para sistemas pintados

Determinação da massa perdida

MorosoFornece apenas valores médios.Não contabiliza produtos de corrosão sólidos.

Próximo das condições reais.

A.Simões - 2006 4.5

2. Testes acelerados

Câmaras de nevoeiro salino

Câmaras climáticas

Testes cíclicos

• Resultados mais rápidos• Facilidade de procedimento• Risco de modificação dos mecanismos.

• Triagem e ordenação de desempenho materiais.• Por vezes diferente do desempenho em serviço.

A.Simões - 2006 4.6

3. Métodos electroquímicos

Corrente vs. Perda de massa

Equação de Faraday

Muito sensíveis

Rápidos

Fornecem informação instantânea (não valores médios).

nFMi

tAnFtMAi

tAmr corrcorr ===

∆∆

∆∆

A.Simões - 2006 4.7

Equipamento para medidas electroquímicas

Gerador de rampaPotenciostatoVoltímetrosCélula de três eléctrodos

A.Simões - 2006 4.8

Velocidade dos processos de transferência de cargaProcesso controlado por activação

Sobretensão, η = E – E0 desvio do potencial em relação ao equilibrio

Ddc para o processo catódico:

ou

Eq de Tafel, r. catódica

0

cc

c0c i

ilognFRT3.2

RTnFexpii

βηηβ

−=⇔⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

=

0

ccc i

ilogb=η

ilogba ccc ⋅−=ηio : ddc de troca no equilíbrion: nº de electrões tocados no passo controlador da reacçãoic: ddc da reacção catódica

A.Simões - 2006 4.9

Velocidade de uma reacção de eléctrodoPolarização de activação

Ddc da reacção anódica:

( )⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

=RT

nF1expii a0a

ηβ

( ) 0

aa

0

aa i

ilogbiilog

nF1RT3,2

=−

=β

η

η >0 (E > E0) ⇒ ia > i0 > |ic|

η <0 (E < E0) ⇒ ia < i0 < |ic|aaaa ilogba ⋅+=η

: coeficientes de Tafelb,a

A.Simões - 2006 4.10

Rectas de Tafel

nFRT3.2bc β

−=( )nF1

RT3,2ba β−=

Valores teóricos:

T=25ºC, α=0.5

n=1 , bc= -0.12 V, ba= +0.12 V

n=2 , bc=- 0.06 V, ba = +0.06 V

A.Simões - 2006 4.11

Tafel’s Equation – Net current for one half-cell reaction

ilogba ⋅+=η

A.Simões - 2006 4.12

Velocidade de corrosão3.1. Extrapolação de Tafel

E

Ecorr

Log iicorr

E

i

Ecorr

i=0

A.Simões - 2006 4.13

Extrapolação das rectas de Tafel

Curva anódica: em geral mal definidaCurva catódica: Corrente limite de difusãoAlternativa: usar apenas um dos ramos

A.Simões - 2006 4.14

Tafel Extrapolation Method

• Applicable for uniform corrosion under charge transfer control

• Systems under diffusion control: icorr = iL

• Insufficient length of Tafel lines under influence of• ohmic control (very dilute solutions)• diffusion control (agitation or rotating disk when possible)

• Often anodic branch not well defined: extrapolation of cathodic banch to Ecorr.

• Can be done under potentiostatic or galvanostatic control (provided there is no passivation)

• Cathodic and anodic branches preferably determined separately

A.Simões - 2006 4.15

Velocidade de Corrosão3.2. Método da resistência de polarização linear

pcorr R

Bi =

iERp ∆

∆=

Rp : Resistência de Polarização (linear)

)bb(3,2bbB

ca

ca

+⋅

=

Equação de Stern-Geary :

Ecorr∆E

20mV

∆i

RpEcorr

E

i

ba, bc: positive Tafel slopes

0

A.Simões - 2006 4.16

Equação de Stern e Geary

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( )⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−=

−=

==

==⇒=

−=−=

−−

−−−−

−−

−−

2ccorr1acorr

2c02corr2ccorr1a01corr1acorr

2c02corr1a01corr

2c021a01

EEEEcorr

EEEE02

EEEE01

EE02

EE01corr

corrcorrc1corra1corr

EE02

EE012c1a

eeii

e.eie.eii

eieii

i)E(i)E(iEE

eieiiii

αα

αααα

αα

αα

Corrosão uniforme

Alta sobretensão

A um potencial próximo de Ecorr:

A.Simões - 2006 4.17

Equação de Stern e Geary

( ) ( )⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −= −− ccorracorr EEEE

corr eeii αα

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

∂∂

cacorr

E

11iEi

corr αα

( ) )bb(303,2bb

i1.

i1

iER

ca

ca

corrca

ca

corrEp

corr+

=+

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

∂∂

=αα

αα

corrEp i

BiER

corr

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

∂∂

=

A.Simões - 2006 4.18

Velocidade de corrosão3.2. Resistência de Polarização

iicorr

Ecorr

E

iaic

ia + ic

Small polarizations, around Ecorr

Uses linear portion ofthe polarization plot

A.Simões - 2006 4.19

Resistência de polarização linear

Validade e limitações:Apenas corrosão uniformeApenas uma reacção catódica e uma reacção anódicaAmbas as reacções sob controle de activaçãoAmbas as reacções com alta sobretensão (zona de Tafel)Mede a resistência global do sistema (solução, ligações, cabos, transporte de massa)

Vantagens:Não-destrutivo (baixas polarizações)Rápido e fácil de fazer a determinaçãoEquipamento de baixo custoEquipamento portátil

A.Simões - 2006 4.20

Resistência de Polarização - Fontes de Erro

1) Zona linear muito pequena

2) Mais do que uma reacção anódica ou catódica

3) Forte polarização catódica ou anódica

4) Queda ohmica IR RT = Rp + RsRs << Rp ⇒ RT ~ RpRs ~ Rp ⇒ RT ≠ Rp

5) Filmes de Passivação ou produtos de corrosão (Queda ohmica)

6) Corrosão Localizada

7) Extrapolação Sonda → material em estudo

A.Simões - 2006 4.21

3.2. Polarização linear – Forma das curvas de polarização

Linha curva quando os declives de Tafel são muito diferentes.

Melhores resultados com declives de Tafel próximos e elevados.

A.Simões - 2006 4.22

Resistência de polarização linear – Experimental

pcorr R

Bi =

corrp ilogBlogRlog −=

)bb(3,2bb

Bca

ca

+⋅

=

ba, bc : Volts/década

A.Simões - 2006 4.23

LPR – Instrumental Configuration

A.Simões - 2006 4.24

Inspecção e Monitorização da Corrosão

Objectivos da monitorização da corrosão?1. Como ferramenta de diagnóstico de um problema2. Para verificação da efectividade de uma solução3. Para dar o alerta sobre situações de corrosão antes de os

efeitos destrutivos serem graves4. Para fornecer a base de um sistema de controle

TÉCNICAS DE MONITORIZAÇÃO/INSPECÇÃO:1. Resistência de Polarização2. Resistência eléctrica3. Medidas de Potencial de eléctrodo4. Exposição de provetes5. Radiografia6. Ultra-sons7. Métodos Analíticos

A.Simões - 2006 4.25

4. Métodos de monitorização e inspecção4.1 Sondas de Resistência Eléctrica

Elemento de teste

Elemento ref.

Cabo (até 300m)

sonda

Instrumento de medida

Meio corrosivo

A.Simões - 2006 4.26

4.1 Medidas de Resistência Eléctrica

Resistência = K / S t1 → R1; t2 → R2 > R1

Aplicações

Meios líquidos ou gasosos (bom ou mau condutor)Algumas tentativas em meio sólido (ex: aço no betão)Ataque aproximadamente uniforme

Sondas elemento de teste fino: mais sensívelelemento de teste espesso: vida mais longa Tempo vida S’ = S / 2

A.Simões - 2006 4.27

Resistência Eléctrica - Fontes de Erro

-Localização da sonda

- Variações rápidas da temperatura-Corrosão localizada-Formação de produtos de corrosão condutores

(ex: sulfuretos a temp. elevadas )-Condição metalúrgica do elemento de teste-Sondas novas em instalações usadas.

A.Simões - 2006 4.28

4.3 Medidas de Potencial de Eléctrodo

Fundamento:Relação entre potencial de corrosão e comportamento corrosivo (Diagramas E-pH e Diagramas de Evans)

Instrumentação:- Voltímetro-Eléctrodo de Referência-El.Trabalho – sonda ou material em estudo (preferível)

Eléctrodo de Referência:- Estável- Insensível às variações na composição- Potencial bem conhecido- RobustoMedidas permanentes: eléctrodos metálicos

Comentários:- Adequada a Sistemas Activos/Passivos ( Aços inox, alumínios, Ligas de Ni, titânio, tântalo )- Rápida- icorr: difícil; só através de informação indirecta- Convém trabalhar longe dos limites da zona de comportamento (imunidade, passivação...)

A.Simões - 2006 4.29

Técnicas Electroquímicas de Monitorização

-Monitorização do Potencial

Variação de potencial do metal ou liga (instalação) em relação a um eléctrodo de referência.Estados das instalações (activo, passivo, picadas, corrosão sob tensão).Aplicável directamente à instalação.Uso moderado.

-Resistência de Polarização

Mede icorr usando 2 ou 3 eléctrodosAplicável a quase todos os metais técnicos em fluidos com boa condutibilidade. Só corrosão uniforme.Uso frequente.

A.Simões - 2006 4.30

Inspecção por Ultra-sons

Ondas de som de muito alta frequência

Pequeno sinal emitido – tempo de retorno

Medição de espessuras 1- 300 mm (erro: 0,1mm)

Acesso a apenas um dos lados da peça

Analisa área pequena: Mapeamento requer varrimento com a sonda.

A.Simões - 2006 4.31

Métodos de Inspecção - Radiografia

Permite inspecção de grandes áreas, sobrepostas entre si. Ex: permutador de calor, caldeiras

Requer acesso aos dois lados da peça

Limitações de saúde ambiental.

Muito usado para soldaduras.

A.Simões - 2006 4.32

Monitorização da Corrosão - Métodos

Métodos Analíticos:

♦ Concentração de oxigénio

♦ Medição do pH

♦ Concentração de inibidor

♦ Sensores de Hidrogénio

A.Simões - 2006 4.33

Monitorização em linha + controle

Shreir et al, Corrosion Control / Denny Jones, Principles and Prevention of Corrosion

Adição automática de inibidor

Sonda fixa instalada em by-pass

A.Simões - 2006 4.34

Monitorização da Corrosão - Métodos

Método Info. Temporal Parâmetro medido Aplicações

Rp I icor numa sonda Corrosão uniforme Resistência eléctrica

M Perda de espessura Integrada no tempo Taxa de corrosão

Meios gasosos

Medição do potencial I

Variações de potencial da sonda ou da estrutura vs el. referência

Determinação do estado do metal (passivo, picadas, c. intersticiasl

Exposição de provetes M Perda ou aumento de

peso

Bom para estado estacionário Bom em zonas onde dispositivos eléctricos são proibidos

Radiografia E Falhas e fissuras Muito usado em

soldaduras Ultrasons

E Espessura do metal e fissuras, picadas pela alteração nas ondas

Muito usado