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FACULDADE DO SUL DA BAHIA

CURSO DE ENGENHARIA DA PRODUÇÃO

GENILSON SAMPAIO OLIVEIRA

JEAN CARLOS SILVA REGO

CORROSÃO DE BOMBAS CENTRÍFUGA EM PLANTA DE PRODUÇÃO DE

LICOR BRANCO NA INDÚSTRIA DE CELULOSE E PAPEL

TEIXEIRA DE FREITAS

2012

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GENILSON SAMPAIO OLIVEIRA

JEAN CARLOS SILVA REGO

CORROSÃO DE BOMBAS CENTRÍFUGA EM PLANTA DE PRODUÇÃO DE

LICOR BRANCO NA INDÚSTRIA DE CELULOSE E PAPEL

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado o Curso de Engenharia da Produção da Faculdade do Sul da Bahia, como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia da Produção.Orientador: Professor Dr. Rodrigo Loreto Peres

TEIXEIRA DE FREITAS

2012

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Oliveira, Genilson Sampaio. Rego, Jean Carlos Silva Corrosão de Bombas Centrífuga em Planta de Produção de Licor Branco na Indústria de Celulose e Papel – 2012. 100 f.

Orientador: Rodrigo Loreto Peres Monografia (graduação) – Faculdade do Sul da Bahia – FASB 1. Corrosão 2. Caustificação. I. Oliveira, Genilson Sampaio. II. Faculdade do Sul da Bahia. Colegiado de Engenharia da Produção. III. Título.

CDU XX

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GENILSON SAMPAIO OLIVEIRA

JEAN CARLOS SILVA REGO

CORROSÃO DE BOMBAS CENTRÍFUGA EM PLANTA DE PRODUÇÃO DE

LICOR BRANCO NA INDÚSTRIA DE CELULOSE E PAPEL

Trabalho de conclusão de Curso apresentado ao Colegiado de Engenharia da

Produção da Faculdade do Sul da Bahia, como requisito parcial para obtenção do

título de Bacharel em Engenharia da Produção.

Aprovada em ____ de _______ de 2012.

COMISSÃO EXAMINADORA

______________________________Profa. Dr. Rodrigo Loreto PeresFaculdade do Sul da BahiaOrientador

_______________________________Prof. Faculdade do Sul da BahiaExaminador

_________________________________Prof. Faculdade do Sul da BahiaExaminador

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A Deus, por tudo que conquistamos na vida.

Aos nossos familiares e amigos pelo apoio

dedicado nas horas necessárias.

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“Na natureza não existem prêmios, nem

sequer punições. Existem consequências!”

James McNeil Whistler

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RESUMO

A corrosão apresenta-se como um dos motivos mais importantes para diversos problemas nas indústrias de papel e celulose, colocando em causa a durabilidade das estruturas e ocasionando elevados custos financeiros relacionados a futuras manutenções. O presente trabalho descreve os fenômenos corrosivo-erosivos presentes em equipamentos industriais operando com substâncias contendo sólidos suspensos que reagem quimicamente ou mecanicamente, com os materiais de construção dos componentes ou condutos. A corrosão consiste na deterioração dos materiais pela ação química, eletrolítica ou eletroquímica do meio, podendo estar ou não associado a esforços mecânicos ou pela ação eletrolítica. Na corrosão se perde material por ação da oxidação ou deterioração de material. Um dos fatores que influenciam a viabilidade econômica do processo kraft é a disposição de regenerar quase que totalmente os agentes químicos de cozimento. No ciclo de regeneração química, a caustificação executa um papel fundamental, onde o licor verde, obtido pela dissolução do fundido da caldeira de recuperação, se transforma em um licor branco com uma concentração e qualidade adequadas para o cozimento. As impurezas contidas no licor verde devem ser retiradas, processo este denominado de clarificação. Em seguida, o licor clarificado reage com uma suspensão concentrada de hidróxido de cálcio para caustificar o carbonato de sódio em hidróxido de sódio, produzindo o licor branco. O cálcio precipita na forma de carbonato de cálcio denominado lama de cal. Na preparação e uso do licor branco envolvem algumas definições e termos específicos, que são usados para acompanhar e controlar a qualidade do licor branco, para que se cumpra com os requisitos da planta de cozimento. Nas plantas de caustificação, a especificação dos materiais das bombas e tubulações são aços especiais que suportem transportar a lama de cal bombeada sem sofrer grande desgaste com a corrosão-erosão causada pelas partículas abrasivas que se chocam com a parede dos tubos, rotor e corpo espiral da bomba. O estudo de caso deste trabalho visa verificar as condições que levaram estas bombas a apresentarem desgaste prematuro em operação. Para a avaliação do estudo de caso foram feitos estudos comparativos entre bombas utilizadas na mesma fábrica com outras a fim de ser buscar melhorias na performance operacional em relação ao desgaste, que podem ser vistos no decorrer do estudo de caso e da conclusão.

Palavras-chave: sólidos suspensos, corrosão-erosão, caustificação, bombas de lama de cal.

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ABSTRACT

The corrosion appears as one of the most important reasons for many problems in the pulp and paper industries, putting into question the durability of structures and causing high financial costs related to future maintenance. This paper describes the phenomena present in erosive-corrosive industrial equipment operating with suspended solids containing substances that react chemically or mechanically, with the materials of construction of the components or conduits. Corrosion is the deterioration of materials by chemical action, electrolytic or electrochemical means, which may or may not be associated with efforts by mechanical or electrolytic action. In corrosion lost material by action of rust or deterioration of material. One of the factors that influence the economic viability of the kraft process is the willingness to almost completely regenerate the cooking chemicals. In the regeneration cycle chemistry, causticizing performs a fundamental role, where the green liquor, obtained by dissolution of the melt from the recovery boiler, turns into a white liquor having a concentration and quality suitable for baking. The impurities contained in the green liquor must be removed, a process called clarification. Then the clarified liquor reacts with a concentrated suspension of calcium hydroxide to causticizi sodium carbonate into sodium hydroxide, producing white liquor. The calcium precipitates as calcium carbonate called lime mud. In the preparation and use of white liquor involves some definitions and specific terms which are used to monitor and control the quality of white liquor, so that they comply with the requirements of cooking plant. In causticizing plants, the specification of the pumps and piping materials are special steels to support transporting the lime mud pumped without suffering large wear to the corrosion-erosion caused by abrasive particles that collide with the wall of the tubes, spiral rotor body and pump. The case study of this work to investigate the conditions that led these pumps to submit premature wear in operation. For the evaluation of the case study has been made comparative studies of pumps used in the same plant with another to be seeking improvements in operating performance in respect to wear, which can be seen during the study and the completion of the event.

Keywords: suspended solids, corrosion-erosion, causticizing, lime slurry pumps.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Ciclo dos Metais........................................................................................17

Figura 2 - Pilha de Corrosão Eletroquímica...............................................................22

Figura 3 - Corrosão Por Alta Temperatura em Bico Queimador................................24

Figura 4 - Corrosão eletrolítica em tubos de aço carbono provocada por corrente de

fuga em uma tubulação industrial..............................................................................26

Figura 5 - Representação esquemática da corrosão uniforme..................................28

Figura 6 - Corrosão uniforme em tubo.......................................................................28

Figura 7 - Classificação da Corrosão Uniforme.........................................................29

Figura 8 - Representação esquemática da corrosão puntiforme...............................30

Figura 9 - Corrosão por pite.......................................................................................30

Figura 10 - Variações nas forma de seções transversais de pites............................31

Figura 11 - Corrosão por frestas em rosca................................................................33

Figura 12 - Representação esquemática da corrosão filiforme.................................34

Figura 13 - Corrosão filiforme....................................................................................34

Figura 14 - Corrosão por Par Galvânico em Feixe - Espelho de Permutador de Calor

...................................................................................................................................35

Figura 15 - Corrosão por Dezincificação...................................................................37

Figura 16 - Corrosão grafítica em componentes de bom centrifuga de ferro fundido.

...................................................................................................................................38

Figura 17 – Retirada das incrustações e evidência da corrosão grafítica.................39

Figura 18 - Representação esquemática dos defeitos causados por corrosão-erosão

na parede de um tubo................................................................................................40

Figura 19 – Corrosão-erosão.....................................................................................40

Figura 20 – Mecanismo de turbulência em quina para pites de corrosão por

cavitação....................................................................................................................42

Figura 21 – Áreas com cavitação na bomba centrifuga, aparecendo as

profundidades, dos pites ou alvéolos, em milímetros................................................43

Figura 22 – Detalhes construtivos causadores de erosão e por impingimento.........44

Figura 23 – Erosão por impingimento em curva de tubulação...................................44

Figura 24 - Representação esquemática da corrosão em placas..............................45

Figura 25 - Corrosão em placa..................................................................................45

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8

Figura 26 - Representação esquemática da corrosão alveolar.................................46

Figura 27 - Corrosão alveolar....................................................................................46

Figura 28 - Representação esquemática da corrosão intergranular..........................47

Figura 29 - Corrosão intergranular.............................................................................47

Figura 30 - Corrosão intergranular em junta soldada................................................48

Figura 31 – Corrosão Transgranular ou Transcristalina............................................49

Figura 32 - Visão Geral do Ciclo de Recuperação Kraft............................................54

Figura 33 – Processo Kraft de Produção de Celulose...............................................54

Figura 34 – Curva de Goodwin – Eficiência de Caustificação X Licor Branco (TTA).58

Figura 35 - Bomba 143 operando na planta de caustificação 1.................................65

Figura 36 - Bomba 343 operando na planta de caustificação 2.................................66

Figura 37 – Foto da Placa de Desgaste....................................................................68

Figura 38 – Close no Desgaste na Placa..................................................................68

Figura 39 – Foto Frontal do Rotor..............................................................................68

Figura 40 – Foto da Palheta do Rotor........................................................................69

Figura 41 – Foto do Desgaste da Palheta do Rotor...................................................69

Figura 42 – Tela com Layout da Bomba....................................................................70

Figura 43 – Telas de Operação da Bomba 343 da Planta de Caustificação 2..........71

Figura 44 – Tela da Planta do PDW..........................................................................86

Figura 45 – Curva do sistema da bomba 343............................................................87

Figura 46 – Projeto da Nova Bomba da WEIR..........................................................88

Figura 47 – Projeto da Bomba da SULZER...............................................................89

Figura 48 – Materiais da Bomba ABS........................................................................90

Figura 49 – Folha de Dados da Bomba Centrífuga Horizontal..................................91

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LISTA DE TABELAS

TABELA 1 - MECANISMOS CAUSADORES DE FALHAS EM PLANTAS

INDUSTRIAIS............................................................................................................18

TABELA 2 - GASTOS COM PROBLEMAS DE CORROSÃO...................................19

TABELA 3 – ORDEM PREFERENCIAL DE CEDER ELÉTRONS DOS METAIS.....23

TABELA 4 - COMPARAÇÃO ENTRE BOMBAS 143 E 343, DA PLANTA DE

CAUSTIFICAÇÃO 1 E 2............................................................................................76

TABELA 5 - CONDIÇÕES DE INSTALAÇÃO DA BOMBA 343.................................85

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO........................................................................................................12

2 CORROSÃO...........................................................................................................16

2.1 CONCEITO DE CORROSÃO..............................................................................16

2.2 CLASSIFICAÇÃO...............................................................................................19

2.2.1 Classificação Segundo o Meio......................................................................20

2.2.1.1 Corrosão Eletroquímica.................................................................................21

2.2.1.2 Corrosão Química..........................................................................................23

2.2.1.3 Corrosão Eletrolítica......................................................................................25

2.2.1.4 Tipos Menos Comuns de Corrosão...............................................................26

2.2.2 Classificação Segundo a Morfologia............................................................27

2.2.2.1 Corrosão Uniforme.........................................................................................28

2.2.2.2 Corrosão por Pites (Puntiforme)....................................................................30

2.2.2.3 Corrosão em frestas......................................................................................32

2.2.2.4 Corrosão Filiforme.........................................................................................33

2.2.2.5 Corrosão Galvânica.......................................................................................35

2.2.2.6 Corrosão Seletiva..........................................................................................36

2.2.2.7 Corrosão Associada ao Escoamento de Fluidos...........................................39

2.2.3 Formas de Corrosão.......................................................................................45

2.2.3.1 Corrosão por Placas......................................................................................45

2.2.3.2 Corrosão Alveolar..........................................................................................45

2.2.3.3 Corrosão Intergranular ou Intercristalina.......................................................47

2.2.3.4 Corrosão Transgranular ou Transcristalina....................................................48

3 PROCESSO DE CAUSTIFICAÇÃO DA PRODUÇÃO DA CELULOSE................50

3.1 MATÉRIA PRIMA................................................................................................50

3.2 PROCESSO KRAFT............................................................................................52

3.2.1 Licores.............................................................................................................55

3.2.2 Cal....................................................................................................................56

4 ESTUDO DE CASO................................................................................................59

4.1 CARACTERIZAÇÃO DA EMPRESA..................................................................59

4.2 PROBLEMA........................................................................................................60

4.3 DEFINIÇÕES.......................................................................................................61

4.4 METODOLOGIA..................................................................................................62

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11

4.4.1 Materiais e Equipamentos..............................................................................63

4.4.2 Métodos...........................................................................................................64

4.4.2.1 1° Etapa – Análise e Levantamento de Dados do Projeto da Bomba............64

4.4.2.2 2° Etapa – Análise dos Resultados................................................................65

4.5 PROCEDIMENTOS.............................................................................................65

4.5.1 1° Etapa – Análise e Levantamento de Dados do Projeto da Bomba........65

4.5.1.1 Dados Técnicos da Bomba da Planta de Caustificação 2.............................70

4.5.1.2 Sistema de Alimentação da Bomba 343 da Planta de Caustificação 2.........70

4.5.1.3 Dados de Operação da Bomba 343 da Planta de Caustificação 2................71

4.5.2 2° Etapa – Análise dos Resultados...............................................................72

4.4.2.1 Escolha do Novo Material para Aplicação.....................................................72

4.6 PROPOSTA TÉCNICA........................................................................................73

4.6.1 Alternativa 1....................................................................................................73

4.6.2 Alternativa 2....................................................................................................74

4.6.3 Alternativa 3....................................................................................................74

4.6.4 Previsões.........................................................................................................74

4.7 RESULTADOS....................................................................................................76

4.8 DISCUSSÕES.....................................................................................................78

5 CONCLUSÃO.........................................................................................................79

6 REFERÊNCIAS......................................................................................................82

7 ANEXOS.................................................................................................................85

7.1 ANEXO 1 – FOLHA DE DADOS DA BOMBA 343.............................................85

7.2 ANEXO 2 – TELA DA PLANTA DO PDW..........................................................86

7.3 ANEXO 3 - CURVA DO SISTEMA DA BOMBA 343..........................................87

7.4 ANEXO 4 – PROJETO DA NOVA BOMBA DA WEIR........................................88

7.5 ANEXO 5 – PROJETO DA BOMBA DA SULZER..............................................89

7.6 ANEXO 6 – MATERIAIS DA BOMBA ABS........................................................90

7.7 ANEXO 7 – PROJETO DA BOMBA DA ENVIROTECH......................................91

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1 INTRODUÇÃO

Desde o início da evolução humana, quando o homem começou a extrair

minerais da natureza para a produção de metais, a corrosão já era uma importante,

causa da deterioração dos mesmos. A corrosão pode ocorrer sobre vários tipos de

materiais, sejam eles metálicos, tais como os aços ou as ligas de cobre, ou não

metálicos, como cerâmicas, concretos e plásticos. Os materiais metálicos compostos

de ferro são, sobretudo, sensíveis à corrosão, haja vista que exposições químicas,

mecânicas e ambientais estimulam os mesmos a retornar aos vários tipos de óxidos

de ferro, isto é, ao seu estado mais estável energicamente.

Com o desenvolvimento industrial, o homem entrou na chamada Era do Aço,

material este presente em grande parte da civilização moderna. Distintos tipos de

aço foram desenvolvidos, para atender a inúmeras finalidades, mas a melhoria de

sua resistência à corrosão ainda é uma preocupação constante.

Mesmo com os avanços em técnicas de produção e proteção, ainda não é

possível tornar estes materiais imunes à sua ação deletéria dos meios químicos,

mecânicos e ambientais. No Brasil, a preocupação com o assunto tornou-se intensa

principalmente com a expansão da indústria petroquímica, uma vez que o processo

de corrosão começou a atingir tanques e tubulações, tornando-se um grande desafio

em ambientes agressivos como os encontrados nas plataformas de exploração

offshore.

A corrosão, tema abordado neste trabalho monográfico, visa explicitar de

forma clara e objetiva o que vem a ser corrosão e como esta pode ser combatida ou

delongada nas bombas centrifuga em planta de produção de licor branco na

indústria de celulose e papel, haja vista que sua decorrência pode trazer diversos

leonela, 16/11/12,
O RECUO MINIMO ÉDE 1,5CM PARA O PARAGRAFO VERIFICAR EM TODA MONOGRAFIA
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prejuízos para a empresa em estudo. Deste modo, quando uma peça de aço oxida,

o ferro, seu principal componente, está voltando ao composto original do minério.

Desde a extração do minério até o beneficiamento do metal em algo utilizável, muita

energia e insumos são gastos na cadeia produtiva e tudo isso se perde na corrosão.

Callister (2007) estima que 5% (cinco por cento) de toda a produção de

metais são utilizados em manutenção de reparo devido à corrosão. Os aspectos

econômicos não são foco deste trabalho, contudo, é possível conceber que as

perdas por corrosão contribuem de forma expressiva para a ineficiência dos

processos produtivos de maneira geral. Ramanhatan (1990) ratifica que os custos

com a corrosão representam cerca de 3,5 a 4 % do PIB dos países industrializados

e acrescenta que quase 50 % desses gastos poderiam ser evitados se utilizados os

conhecimentos existentes acerca da corrosão.

Visando estes aspectos estabelecidos por Callister e Ramanhatan, o presente

trabalho busca por soluções que minimize a corrosão nas bombas centrifugas,

focando na problemática: como evitar a falha prematura de bombas centrífugas em

planta de produção de licor branco na indústria de celulose e papel a partir da

geração de corrosão?

Este estudo contribuirá com a identificação dos mecanismos que ocasionam

maior desgaste através da corrosão das bombas centrífugas. Assim, será possível

que elas operem com uma vida útil maior, aumentando a confiabilidade do sistema

em geral. A corrosão é um processo espontâneo e consiste na deterioração dos

materiais pela ação química ou eletroquímica do meio, podendo estar ou não

relacionada a esforços mecânicos ou pela ação eletrolítica. Por este motivo, a

corrosão é tida como um dos fenômenos patológicos mais sérios e de maior

repercussão técnico-econômica ao se considerar o emprego de materiais na

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14

construção de equipamentos ou instalações, uma vez que é necessário que estes

resistam à ação do meio corrosivo, apresentem propriedades mecânicas suficientes

e características de fabricação adequadas, conforme Gentil (2011).

Para conseguir uma grande produção e com qualidade, é necessário manter

as máquinas o maior número de horas possível em funcionamento, pois dessa forma

pode-se conseguir os mesmos parâmetros de processo e, consequentemente, uma

maior produção. Desse modo, a necessidade de identificar o mecanismo de

corrosão presente na bomba e apresentar materiais para solucionar o problema ou

aumentar a vida útil do equipamento, visa evitar gastos com manutenção ou o tempo

de parada da planta de caustificação responsáveis por prejuízos financeiros e

ambientais. Sendo assim, esse projeto busca identificar e quantificar esses

mecanismos.

Neste contexto, o presente trabalho monográfico tem por objetivo geral

identificar os mecanismos que ocasionam falhas prematuras em bombas centrífuga

em plantas de produção de licor branco na indústria de celulose e papel, a partir da

corrosão do material. Para tanto é necessário a definição dos seguintes objetivos

específicos: Descrever os principais tipos de corrosão segundo seu meio, morfologia

e forma; descrever o processo de produção industrial de Hidróxido de Sódio na

planta de caustificação; estudar o fenômeno de corrosão, bem como seus aspectos

potencializadores e atenuadores de desenvolvimento; elaborar recomendações a fim

de eliminar ou minimizar a formação e/ou desenvolvimento de corrosão; e

estabelecer parâmetros de acompanhamento das bombas centrífugas para

agendamento de manutenções preventivas.

A contribuição deste estudo poderá beneficiar diversos campos do meio

acadêmico, haja vista que o assunto apresentado compreende áreas que vão além

leonela, 16/11/12,
Page 17: Monografia.genilson Jean 14 11 Finalizada

15

da química em si, remetendo ao lado físico dos elementos estruturais de um

material. Este trabalho de conclusão de curso está organizado em capítulos, de

modo que o leitor possa entender de forma clara e sucinta a corrosão e os seus

mecanismos. Neste primeiro capítulo, é apresentada a introdução do trabalho,

seguido da revisão bibliográfica subdividido em três tópicos que discorrem sobre o

histórico da empresa analisada no estudo de caso, a conceituação e classificação

dos tipos de corrosão, e a química do processo de caustificação. No capítulo terceiro

é apresentado o estudo de caso elaborado contendo a pesquisa elaborada, a

metodologia empregada, os resultados e as discussões. Ao fim, é feita uma análise

conclusiva do estudo elaborado seguido do referencial bibliográfico utilizado para

desenvolver este trabalho.

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2 CORROSÃO

Os fenômenos corrosivos estão relacionados com o ataque químico e

mecânico, conforme a presença de sólidos suspensos no licor branco bombeado

pelas bombas da empresa relacionada. Os sólidos suspensos reagem com os

materiais de construção dos componentes ou condutos destes equipamentos. Serão

abordados nesse trabalho os principais tipos de corrosão segundo seus tipos, meios,

morfologias e formas. Essas informações servirão para o entendimento do processo

de corrosão que acontece nas bombas.

2.1 CONCEITO DE CORROSÃO

A corrosão é um processo espontâneo e consiste na deterioração dos

materiais pela ação química ou eletroquímica do meio, podendo estar ou não

relacionada a esforços mecânicos ou pela ação eletrolítica. Por este motivo, a

corrosão é tida como um dos fenômenos patológicos mais sérios e de maior

repercussão técnico-econômica ao se considerar o emprego de materiais na

construção de equipamentos ou instalações, uma vez que é necessário que estes

resistam à ação do meio corrosivo, apresentem propriedades mecânicas suficientes

e características de fabricação adequadas, conforme Gentil (2011).

O químico Van Vlack (2000) define corrosão como sendo a deterioração e a

perda de um material devido a um ataque químico. O interesse em apresentar os

equipamentos submetidos aos ataques corrosivos é discutir sobre os materiais de

construção dos componentes e condutos dos equipamentos, haja vista que estes

materiais devem ser cuidadosamente especificados para operarem com o máximo

de eficiência.

leonela, 16/11/12,
INSERIR 2 ESPAÇOS ANTES DE TITULO
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17

A corrosão é, em outras palavras, a degradação sofrida pelo material ou

modificações de suas propriedades através de reação com o meio ambiente. Esta

reação com o meio ambiente faz com que o material tenda a retornar a um

composto estável, como é mostrado na figura 1 a seguir:

Figura 1 - Ciclo dos MetaisFonte: UFPR, 2004.

A corrosão ocorre nos mais diversos tipos de materiais, sejam eles metálicos

(aços e ligas de cobre, por exemplo) ou não metálicos (plásticos, cerâmicas ou

concreto, por exemplo). Assim, quando uma peça de aço oxida, por exemplo, quer

dizer que o ferro, seu principal componente, está retornando à sua forma original de

óxido. Muita energia e insumos são gastos na cadeia produtiva, desde a extração do

minério até a transformação do metal em algo utilizável, o que se perde na corrosão.

Callister (2007) estima que 5% (cinco por cento) de toda a produção de

metais são utilizados em manutenção de reparo devido à corrosão. Os prejuízos

causados pelo desgaste prematuro destes podem ser grandes tanto

economicamente quanto operacionalmente. Aspectos econômicos não são do

leonela, 16/11/12,
ESTA REFERENCIA ESTÁ ERRADA. CONSERTAR EM TODO DOCUMENTO!!!
leonela, 16/11/12,
JÁ FOI DITO PRA COLOCAR O TITULO DA MESMA FORMA QUE AS TABELAS
Page 20: Monografia.genilson Jean 14 11 Finalizada

18

escopo desse enfoque, apesar de ser possível entender que as perdas por corrosão

contribuem de forma significativa para a ineficiência dos processos produtivos como

um todo. Ramanhatan (1990) corrobora com Callister ao dizer que os custos com a

corrosão representam cerca de 3,5 (três e meio) a 4 % (quatro por centro) do PIB

dos países industrializados e acrescenta que quase 50 % (cinquenta por centro)

desses gastos poderiam ser evitados se utilizados os conhecimentos existentes

acerca da corrosão. Ferrante (1996, apud ARAÚJO, 2003), elaborou uma tabela

classificando os mecanismos causadores de falhas em plantas industriais (TABELA

1) e professor doutor Haroldo de Araújo Ponte, do departamento de engenharia

química da UFPR (2003), apresentou outra relacionando os gastos com problemas

de corrosão (TABELA 2). Estas tabelas que demonstram a importância de se

estudar a corrosão:

TABELA 1 - MECANISMOS CAUSADORES DE FALHAS EM PLANTAS

INDUSTRIAIS

Mecanismo %

- Corrosão 29

- Fadiga 25

- Fratura Frágil 16

- Sobrecarga 11

- Corrosão em Alta Temperatura 7

- Corrosão sob Tensão / Fadiga Combinada com Corrosão /

Fragilização por Hidrogênio

6

- Fluência 3

- Desgaste, abrasão e erosão 3

Fonte: Ferrante, 1996 (apud ARAÚJO, 2003).

TABELA 2 - GASTOS COM PROBLEMAS DE CORROSÃO

leonela, 16/11/12,
FORMATAÇÃO ESTÁ ERRADA. OLHAR NO MANUAL!!
leonela, 16/11/12,
CONSERTAR!!!
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19

(PIB Valores em bilhões de dólares), Banco Mundial-2000)

País PIB Gasto com Corrosão

Alemanha 1873,00 65,55

Argentina 285,50 9,99

Brasil 594,20 20,79

Canadá 688,80 24,10

China 1100,00 38,50

Espanha 558,60 19,55

Estados Unidos 9896,40 346,37

França 1294,20 45,29

Índia 479,40 16,77

Itália 1074,00 37,59

Japão 4749,60 166,23

México 574,50 20,10

Reino Unido 1414,60 49,51

Fonte: Banco Mundial, 2000 (apud ARAÚJO, 2003).

2.2 CLASSIFICAÇÃO

A corrosão pode ser vista como a disposição que um material tem em retornar

para um composto estável. Embora a corrosão ocorra também aos meios não

metálicos, o foco desse estudo é a corrosão nos materiais metálicos. A depender do

tipo de ação do meio corrosivo sobre o material, os processos corrosivos podem ser

classificados em três grandes grupos, abrangendo todos os casos deterioração por

corrosão (GENTIL, 2011):

Corrosão Eletroquímica : elétrons que são cedidos em determinada região

e recebidos em outra. Podem ocorrer na presença de água no estado

líquido, a temperaturas abaixo do ponto de orvalho da água ou na

formação de uma pilha ou célula de corrosão, com a circulação de

elétrons na superfície metálica.

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20

Corrosão Química : são processos menos frequentes na natureza pois

ocorrem em altas temperaturas, envolvendo operações onde as

temperaturas são elevadas.

Corrosão Eletrolítica : é caracterizada pela aplicação de corrente elétrica

externa, tratando-se de uma corrosão não espontânea, pois é provocado

por correntes de fuga e ocorre com frequência em tubulações de petróleo

e de água potável, em cabos telefônicos enterrados, em tanques de

postos de gasolina, dentre outros.

2.2.1 Classificação Segundo o Meio

Os meios corrosivos, principalmente na corrosão eletroquímica, são os

responsáveis pelo surgimento do eletrólito. Pimenta (s.d.) explica que “eletrólito é

uma solução eletricamente condutora constituída de água contendo sais, ácidos ou

bases.” Assim, Pimenta define quais são os principais meios corrosivos e seus

respectivos eletrólitos:

- Atmosfera: o ar contém umidade, sais em suspensão, gases industriais, poeira, etc. O eletrólito constitui-se da água que condensa na superfície metálica, na presença de sais ou gases presentes no ambiente. Outros constituintes como poeira e poluentes diversos podem acelerar o processo corrosivo;- Solos: os solos contêm umidade, sais minerais e bactérias. Alguns solos apresentam também, características ácidas ou básicas. O eletrólito constitui-se principalmente da água com sais dissolvidos; - Águas naturais (rios, lagos e do subsolo): estas águas podem conter sais minerais, eventualmente ácidos ou bases, resíduos industriais, bactérias, poluentes diversos e gases dissolvidos. O eletrólito constitui-se principalmente da água com sais dissolvidos. Os outros constituintes podem acelerar o processo corrosivo;- Água do mar: estas águas contêm uma quantidade apreciável de sais. [...] A água do mar em virtude da presença acentuada de sais, é um eletrólito por excelência. Outros constituintes como gases dissolvidos, podem acelerar os processos corrosivos; - Produtos químicos: os produtos químicos, desde que em contato com água ou com umidade e formem um eletrólito, podem provocar corrosão eletroquímica (PIMENTA, s.d.)

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21

2.2.1.1 Corrosão Eletroquímica

Na corrosão eletroquímica, os elétrons que são cedidos em determinada

região e são recebidos em outra. Sua característica fundamental é que ele apenas

se verifica na presença de eletrólito. Assim, para ocorrer a reação de corrosão, é

preciso que ocorram concomitantemente a reação anódica, reação de oxidação, que

irá liberar os elétrons. Estes elétrons irão se descolar para outros pontos do metal

onde ocorrerá a reação catódica, reação de redução, que irá consumir os elétrons.

Em decorrência da reação anódica, ocorre a dissolução do metal, isto é, sua

transformação em outros composto (óxidos, sulfetos, etc), normalmente voltando ao

seu estado natural, causando a corrosão. Em contra partida, a reação catódica

conduzirá à redução de espécies presentes no meio, sem a participação do metal

sobre o qual ela tem lugar, consumindo os elétrons liberados até que as reações

atinjam o equilíbrio e a corrosão cesse (ARAÚJO, 2003). Gentil (2003) denomina

esse processo como pilha de corrosão (FIGURA 2). Para ocorrer a pilha de corrosão

é necessário quatro importantes elementos:

Ânodo : área por onde passa a reação anódica;

Cátodo : outra área por onde passa a reação catódica;

Condutor : ligação metálica que une as áreas acima citadas e por onde

fluem os elétrons liberados na reação anódica; e

Eletrólito : elemento de contato simultâneo com as áreas por onde fluem

os íons resultantes tanto da reação anódica quanto da catódica.

leonela, 16/11/12,
CORRIGIR O PORTUGUÊS!!! ‘’SÃO ‘’
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22

Figura 2 - Pilha de Corrosão EletroquímicaFonte: UFPR, 2004.

As características básicas da corrosão eletroquímica são:

Ocorre na presença de água no estado líquido;

Ocorre em temperaturas abaixo do ponto de orvalho da água, sendo a

maioria na temperatura ambiente;

Formação de uma pilha ou célula de corrosão, com a circulação de

elétrons na superfície metálica.

Em suma, quando os metais vão perdendo elétrons, eles vão se oxidando,

sofrendo, então, a corrosão. Contudo, os metais apresentam diferentes disposições

à corrosão. A corrosão eletroquímica ocorre com maior frequência na natureza.

Assim, na presença de ar e umidade, o ferro, por exemplo, se oxida mais do que o

níquel, enquanto o ouro não sofrerá oxidação. A Weg Tintas (2009) disponibilizou

uma tabela de potenciais de oxidação que é de grande auxílio para o estudo de

processos eletroquímicos, indicando a ordem preferencial da disposição dos metais

em ceder elétrons. Para a Weg,

Quando se tem necessidade de unir dois materiais metálicos de potenciais diferentes, a consulta à tabela de potenciais é de grande utilidade. Essas tabelas permitem caracterizar o material que terá tendência a funcionar como ânodo (aquele que será corroído). Em alguns casos se procura, quando for inevitável a junção de dois materiais metálicos diferentes,fazer em um deles um revestimento metálico que permita uma

leonela, 16/11/12,
CORRIGIR
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aproximação de potenciais,diminuindo portanto a diferença de potenciais e consequentemente o processo corrosivo ou revestir totalmente os dois materiais com tinta ou plástico como o teflon.Os potenciais se alteram com mudança da solução do meio corrosivo, e como estes são vários, nem sempre são encontrados dados suficientes na literatura especializada que permitam caracterizar o material que funcionará como anodo. Neste caso devem ser realizadas experiências com alguns pares metálicos, no meio corrosivo em que o equipamento irá operar, para se determinar o potencial e a área anódica.(WEG, 2009, p.13)

A tabela 3 a seguir lista a ordem preferencial de ceder elétrons dos metais:

TABELA 3 – ORDEM PREFERENCIAL DE CEDER ELÉTRONS DOS METAIS

Extremidade Anódica (Menos Nobre)1. Magnésio e suas ligas 17. Latões (Cu-Zn)

2. Zinco 18. Cobre

3. Alumínio comercialmente puro (1100) 19. Bronze (Cu-Sn)

4. Cádmio 20. Cupro níqueis (60-90 Cu, 40-10 Ni)

5. Liga de alumínio (4,5 Cu, 1,5 Mg, 0,6 Mn) 21. Monel (70 Ni, 30 Cu)

6. Aço carbono 22. Solda prata

7. Ferro fundido 23. Níquel (passivo)

8. Aço inoxidável (13 Cr ativo) 24. Inconel (passivo)

9. Ni-Resistente (ferro fundido com alto

níquel)

25. Aço inoxidável ao cromo (11-13 Cr

passivo)

10. Aço inoxidável (ativo AISI-304 (18-8 Cr-Ni) 26. Aço inoxidável AISI-304 (passivo)

11. Aço inoxidável (ativo) AISO-316 (18-10-2

Cr-Ni-Mo)

27. Aço inoxidável AISI-316 (passivo)

12. Liga de chumbo e estanho (solda) 28. Prata

13. Chumbo 29. Titânio

14. Estanho 30. Grafite

15. Níquel (ativo) 31. Ouro

16. Inconel (ativo) 32. platina

Extremidade Catódica (Mais Nobre)Fonte: Adaptado de WEG, 2009.

2.2.1.2 Corrosão Química

Para Ramanhatan (1990) “a oxidação geralmente refere-se a uma reação que

produz elétrons”, mas também é utilizado “para designar uma reação entre um metal

ou liga e ar ou oxigênio produzindo óxidos”. Assim, a corrosão química, que também

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24

é chamada de Corrosão Seca ou de Meio Não Aquoso, pois na corrosão química

não se necessita de água no estado líquido para que ocorra. Assim, ela pode ocorrer

nas seguintes condições (UFPR, 2004)

Ocorre na ausência da água ou acima do seu ponto de orvalho do

ambiente;

Presença de vapores / gases ou outros meios líquidos são usualmente os

agentes deste tipo de corrosão; e

Frequentemente associado a altas temperaturas, normalmente acima de

100°C (FIGURA 3), porém pode ocorrer a temperatura ambiente.

Figura 3 - Corrosão Por Alta Temperatura em Bico QueimadorFonte: UFPR, 2004.

São exemplos deste meio corrosivo: aço atacado por gases em alto forno,

escapamento de gases, motores de foguetes, processos petroquímicos, dentre

outros. Gemelli (2001) caracteriza este tipo de corrosão pela existência de condições

de equilíbrio termodinâmico nas interfaces e pela importância dos fenômenos

ligados a difusão dos sólidos.

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25

Alguns processos de deterioração de ocorrem durante a sua vida do material

em serviço, porém não se enquadram na definição de corrosão. que é o caso da

erosão. A erosão é decorrente da ação do meio que remove mecanicamente as

partículas do material de maneira gradual. Este processo é propriamente físico. Em

alguns casos, pode ocorrer uma ação simultânea da corrosão, fenômeno este

chamado de corrosão-erosão.

Outro fenômeno que pode alterar as propriedades do material são as

transformações metalúrgicas, principalmente quando conduzidas em altas

temperaturas. Em decorrência destas transformações, as propriedades mecânicas

do material podem sofrer grandes modificações, em alguns casos apresentando

demasiada fragilidade em contato com a temperatura ambiente. Embora os

processos de transformação metalúrgica em si não sejam considerados um tipo de

corrosão, essa alteração na estrutura pode modificar a resistência à corrosão do

material, provocando a corrosão intergranular1.

Durante as transformações em elevadas temperaturas pode ocorrer também

a fluência. Este fenômeno refere-se a deformação plástica que o material pode

sofrer ao longo do tempo em função de certa tensão e temperaturas atuantes.

2.2.1.3 Corrosão Eletrolítica

A corrosão eletrolítica é caracterizada pela aplicação de corrente elétrica

externa, tratando-se de uma corrosão não espontânea, pois é provocado por

correntes de fuga, também chamadas de parasitas ou estranhas. Ocorre com

frequência em tubulações de petróleo e de água potável, em cabos telefônicos

enterrados, em tanques de postos de gasolina, dentre outros.

1 Conceito apresentado no tópico 2.2.3.3 - Corrosão intergranular ou intercristalina.

leonela, 16/11/12,
SEM REFERENCIAS!!!
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Gentil ( ANO ) explica que normalmente essas correntes são devidas a

deficiências de isolamento ou de aterramento, fora de especificações técnicas.

Normalmente, acontecem furos isolados nas instalações, onde a corrente tenta

escapar para o solo conforme mostrado na Figura 4.

Figura 4 - Corrosão eletrolítica em tubos de aço carbono provocada por corrente de fuga em uma tubulação industrial Fonte: ABRACO.ORG, s.d.

2.2.1.4 Tipos Menos Comuns de Corrosão

Outros tipos menos comuns de corrosão também podem acontecer:

Corrosão por Concentração Diferencial : Conforme Matozo (2010), a variação

de determinados componentes no meio no qual o material está

permanentemente ou mesmo eventualmente imersa (em contato) provoca

igualmente ação corrosiva, a qual é denominada corrosão por concentração

diferencial. Seu mecanismo de ação é a formação de pilhas de concentração

iônica diferencial e pilhas de aeração diferencial;

Corrosão por Concentração Iônica Diferencial : Ocorre quando no eletrólito

com o qual o metal está em contato apresentam-se diferenças de

concentração de íons do metal ou ainda outro cátion ou ânion que propicie a

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27

corrosão. Esse diferencial propiciará a formação de “uma pilha onde a área

em contato com menor concentração funcionará como anodo e a área em

contato com maior concentração como catodo” (YUDU, 2010);

Corrosão por Aeração Diferencial : Pela definição do dicionário técnico do

CIMM (2012), corrosão por aeração diferencial é a “Forma de corrosão que

ataca uma região metálica que está em contato com um meio onde a

concentração de oxigênio é menor que nas regiões vizinhas”, havendo, assim,

variações nas concentrações de oxigênio no meio eletrólito. Com a

concentração de oxigênio mais alta no meio circundante, mais catódico se

torna o potencial eletroquímico de um material metálico, tornando as áreas

em contato com esta concentração mais elevada de oxigênio catódica,

gerando diferença de potencial em relação às áreas de meio de menor

concentração de oxigênio, que passam a ser anódicas. Este tipo de corrosão

ocorre frequentemente em regiões intermediárias entre dois meios, como ar e

água ou ar e solo. Um exemplo disto seria como nas estruturas metálicas com

partes subaquáticas ou no solo.

2.2.2 Classificação Segundo a Morfologia

Segundo Gentil (2011), a corrosão por processos eletroquímicos apresenta

mecanismos idênticos sempre constituídos por regiões nas quais há a formação de

ânodos e cátodos, entre as quais há a circulação de elétrons e no meio a circulação

de íons. Mas a perda de massa do material e a maneira pela qual se dá seu ataque

se processarão de diferentes maneiras e evoluções. Os tipos de corrosão e seus

específicos mecanismos, abordando-se as características do ataque corrosivo e as

formas de desgaste estão listadas nos itens subsequentes:

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28

2.2.2.1 Corrosão Uniforme

Também chamada de corrosão generalizada, este tipo de corrosão é muito

comum e consiste de uma reação química ou eletroquímica que ocorre por toda a

superfície exposta ou em contato com o meio corrosivo (FIGURAS 7 E 8). Com isso,

o metal sofre uma homogênea diminuição da espessura torna-se mais fino, mais

suscetível a rupturas.

Figura 5 - Representação esquemática da corrosão uniformeFonte: UFPR, 2004.

Figura 6 - Corrosão uniforme em tubo Fonte: ABRACO.ORG, s.d.

Conforme Callister (2007), o ataque uniforme é uma forma da corrosão

eletroquímica que ocorre com intensidade equivalente em toda a superfície e revela-

se frequentemente atrás de um depósito de oxido na superfície. São exemplos deste

ataque corrosivo (PONTES, 2003): uma peça de aço ou zinco imersa em ácido

sulfúrico diluída, geralmente dissolve a uma taxa uniforme sobre toda a superfície e

uma chapa de aço aquecida a altas temperaturas.

Page 31: Monografia.genilson Jean 14 11 Finalizada

29

Devido ao fato da corrosidade ser uniforme, este ataque representa uma

maior destruição do material. Todavia, é possível acompanhar sua deterioração

através de controles diversos, como ocorre nos casos de equipamentos e

instalações dada à homogênea e prevista perda de espessura provocada. Neste

caso, a corrosão pode ser medida através das unidades mdd ou ipy.

A primeira representa a perda ou ganho de massa em miligramas por decímetro quadrado por dia, enquanto que a segunda é a unidade de penetração em polegadas por ano. Podem aparecer ainda: mm/ano = milímetros de penetração por ano; mpy= milésimo de polegada por ano.(PONTES, 2003)

Apesar da certa facilidade em controlar a corrosão uniforme, vale ressaltar

que sua ação é importante do ponto de vista de desgaste, pois ao diminuir a

espessura de materiais, diminui-se sua resistência a esforços, podendo levar a

rupturas, reduzindo sua vida útil e estando sujeito a falhas e risco de acidentes.

Segundo Pontes, a classificação deste tipo de corrosão se dá pela taxa de corrosão

por ano (mpy) da seguinte maneira que são mostradas na figura 7 em seguida:

A. Taxa de corrosão menor que 0,1 mm/ano ou menor 5mpy: materiais

são resistentes à corrosão e podem ser utilizados sem restrição;

B. Taxa de corrosão entre 0,1 e 1,1 mm/ano: materiais podem ser

utilizados onde uma certa corrosão é tolerável; e

C. Taxa de corrosão maior que 1,1 mm/ano: geralmente não são usados.

(A)– Corrosão Uniforme Leve (B) – Corrosão Uniforme Média (C) – Corrosão Uniforme SeveraFigura 7 - Classificação da Corrosão Uniforme Fonte: UFPR, 2004.

leonela, 16/11/12,
ANO
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30

2.2.2.2 Corrosão por Pites (Puntiforme)

A corrosão por pites é uma forma de corrosão localizada que consiste na

formação de cavidades de pequena extensão e razoável profundidade. Ocorre em

determinados pontos da superfície enquanto que o restante pode permanecer

praticamente sem ataque. Esta forma de corrosão é muito localizada e intensa em

áreas de ordem de mm², conservando-se o metal ao seu redor (FIGURAS 8 E 9).

Figura 8 - Representação esquemática da corrosão puntiformeFonte: UFPR, 2004.

Figura 9 - Corrosão por pite Fonte: ABRACO.ORG, s.d.

Callister (2007) simplifica este tipo de corrosão como sendo pequenos

buracos que se forma no interior do material a partir do topo de uma superfície

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31

horizontal, segundo uma direção praticamente vertical. A forma deste buraco é

variável segundo o diagrama apresentado abaixo (FIGURA 10):

Figura 10 - Variações nas forma de seções transversais de pitesFonte: PONTES, 2003.

Este tipo de corrosão comunmente ocorre em materiais que possuem

películas protetoras, onde a atuação do meio corrosivo se dá nos pontos nos quais a

camada passiva é rompida. Diferente da corrosão uniforme, a corrosão por pite é de

difícil acompanhamento, haja vista que ocorre no interior dos equipamentos e

instalações e o controle de perda de espessura não caracteriza o desgaste

verificado, por ser pequeno e profundo.

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2.2.2.3 Corrosão em frestas

É uma particularidade da corrosão eletroquímica que pode ocorrer como a

consequência de diferenças de concentração dos íons de gás dissolvidos na solução

do eletrólito e entre duas regiões de metais. Para tal pilha de concentração, a

corrosão ocorre no lugar que tem a ligação dos dois metais. É muito frequente

encontrar um fenômeno de intensa corrosão localizada onde existem pequenas

frestas provocadas por soldas mal acabadas, chapas rebitadas, contato de metal

com um não metálico, nos rebaixos ou sob depósitos dos produtos da sujeira, a

corrosão ocorre onde a solução se torna parada e há uma prostração localizada do

oxigênio dissolvido (CALLISTER, 2007). Os aços inoxidáveis possuem uma

sensibilidade a este tipo de ataque. Para que a fresta funcione como depósito de

corrosão ela deve ser grande o suficiente para admitir a passagem do líquido e, ao

mesmo tempo, pequena o suficiente para manter este líquido no interior da fresta.

A estrutura básico da corrosão em frestas consiste nas etapas listadas a

seguir (PONTES, 2003):

a) Início de corrosão generalizada;

b) Diminuição da concentração de O2 no interior da fresta induzindo a formação

de pilha de aeração diferencial2;

c) Com a continuidade do processo de corrosão, há um aumento da

concentração de cátions metálicos na fresta;

d) Com o aumento da concentração de cátions metálicos na fresta, inicia-se um

processo de difusão de ânions para a fresta. Dentre estes ânions um dos que

apresenta maior coeficiente de difusão é o íon cloreto;

2 Ocorre toda vez que se tem variações na concentração de oxigênio no eletrólito.

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e) O íon cloreto se combina com os íons metálicos formando cloretos metálicos

que reagem com a água formando hidróxidos e ácido clorídrico, resultando

numa condição auto - catalítica para o processo de corrosão.

Esta corrosão ocorre normalmente em frestas com juntas soldadas de chapas

sobrepostas, em juntas de chapas unidas por rebites ou parafusos, em ligações de

tubulações unidas por flanges, em ligações de tubulações proporcionadas por

roscas de parafusos, nos revestimentos feitos através de chapas aparafusadas e

inúmeras configurações de geometrias que proporcionem a formação de frestas

(FIGURA 11).

Figura 11 - Corrosão por frestas em rosca Fonte: ABRACO.ORG, s.d.

2.2.2.4 Corrosão Filiforme

Ocorre sob camadas de revestimento (FIGURA 12), como a pintura. Pimenta

acredita que

leonela, 16/11/12,
ANO
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[...] a corrosão filiforme tenha um mecanismo semelhante à corrosão em frestas, devido a aeração diferencial provocada por defeito no filme de pintura, embora o mecanismo real não seja ainda bem conhecido. (PIMENTA, s.d., p.8)

Embora o mecanismo principal desta corrosão não seja completamente

entendido, Pimenta ainda explica que seu processamento inicia-se tipicamente pelas

bordas da superfície do material, progride por filamentos, “apresentando a

interessante característica de refletir com o mesmo ângulo de incidência em

obstáculos”. A figura 13 mostra a formação filamentos em torno do risco na chapa de

aço-carbono pintada.

Figura 12 - Representação esquemática da corrosão filiformeFonte: UFPR, 2004.

Figura 13 - Corrosão filiformeFonte: UFPR, 2003.

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2.2.2.5 Corrosão Galvânica

A corrosão galvânica é decorrente do contato elétrico entre diferentes

materiais, isto é, quando dois metais diferentes estão em contato e imersos em um

meio corrosivo (FIGURA 14). A intensidade desta corrosão será proporcional a

distancia entre os valores dos materiais envolvidos na tabela de potenciais

eletroquímicos (TABELA 3, p. 29). Sua formação se dá por um par galvânico que

conduz a corrosão do metal menos nobre (anódico) na região de contato entre as

duas peças de metais diferentes, enquanto que o metal mais nobre (catódico) não

sofre corrosão significativa.

O que determina o grau de corrosão galvânica é a natureza e agressividade

do meio, podendo este meio ser também a atmosfera, contudo, isso não ocorrerá se

os materiais estiverem secos, pois não haverá eletrólito que conduzirá a corrente

entre os metais. Normalmente, os efeitos do processo corrosivo estão localizados

próximo à união dos dois metais e este ataque corrosivo vai diminuindo com o

aumento da distância do ponto de junção.

Figura 14 - Corrosão por Par Galvânico em Feixe - Espelho de Permutador de CalorFonte: UFPR, 2004.

leonela, 16/11/12,
REFERENCIA
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Pontes (2003) explica que quando dois metais estão em contato, para se

retardar o processo de corrosão galvânica, um deles deve ser recoberto e é

desejável que seja o metal mais resistente à corrosão a recobrir o metal. Ele cita

ainda alguns procedimentos que podem diminuir este efeito:

a)- Selecionar materiais localizados o mais próximo possível na série galvânica. b)- Manter uma relação de área favorável. c)- Isolar completamente metais diferentes. d)- Aplicações de recobrimentos protetores sobre o cátodo. e)- Adição de inibidores, quando possível, para diminuir a agressividade do meio. f)- Prever no projeto facilidade para substituição das partes anódicas. Usar maior espessura para aumentar a vida útil. g)- Instalar um terceiro metal que seja anódico em relação aos dois metais do contato galvânico (ânodo de sacrifício).

2.2.2.6 Corrosão Seletiva

O processo de corrosão por ataque seletivo é o conjunto de processos

corrosivos em que há a formação de um par galvânico produzido pela diferença

significativa entre a nobreza de dois elementos constituintes de uma liga metálica.

Assim,

[...] os elementos suscetíveis de dissolução seletiva são geralmente mais ativos eletroquimicamente e são dissolvidos anodicamente por contato galvânico com componentes mais nobres.(PONTES, 2003)

Os exemplos mais comuns da corrosão seletiva é a remoção de zinco de

latão, chamado de corrosão por dezincificação e a corrosão grafítica do ferro

fundido.

A corrosão por dezincificação é a que ocorre nas ligas de zinco com teor

maior que 15 % (quinze por cento), os latões, por exemplo. Isto ocorre,

normalmente, devido a prolongadas exposições à água aerada com altas

concentrações de CO2 e/ou Cl-. É geralmente utilizado em resfriadores,

condensadores (trocadores de calor), tubulações para água salgada.

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37

É similar ao processo de corrosão grafítica, mas o material anódico no caso é

o zinco, restando o cobre e os consequentes produtos de corrosão. É observada

com mais frequência, nos latões de alto teor de zinco, como o latão-alumínio (76%

Cu, 22% Zn e 2% Al) e latão amarelo (67% Cu e 33% Zn), mas é observada mesmo

em ligas mais resistentes à corrosão deste tipo como o latão vermelho (85% Cu e

15% Zn) em caso de a partida da liga não se apresentar suficientemente

homogênea, segundo Gentil (2011). Na Figura 15 a seguir, é apresentado uma

dezincificação na parte interna de um componente de latão e é possível observar a

colocação avermelhada contrastando com a amarelada do latão:

Figura 15 - Corrosão por DezincificaçãoFonte: UFPR, 2004.

Este tipo de corrosão é inibida por tratamento térmico de solubilização da liga

com acréscimo de Arsênio (As) e Antimônio (Sb), chamada de proteção catódica. A

dezincificação também pode ser eliminada ou reduzida, diminuindo-se a

agressividade do meio, retirando o oxigênio (O2), por exemplo. Contudo, tais métodos

não são econômicos. Deste modo é comum o uso de ligas menos suscetíveis a esse

fenômeno.

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38

Segundo Ponte, este processo de dezincificação também pode ocorrer de

uma forma uniforme (preferencialmente, em latões de alto teor de zinco em

ambientes ácidos) ou de forma localizada (aparece em latões de baixo teor de zinco

em soluções neutras ou alcalinas), sem que haja significativas variações

dimensionais, porém podem ocorrer falhas inesperadas se houver diminuição na

resistência do material dezincificado. Ponte esclarece também os mecanismos que

mais explica o processo de dezincificação considera duas etapas:

Numa primeira há a dissolução simultânea da liga seguida pela redeposição do cobre. Como consequência haverá a formação de uma camada de cobre porosa. Numa Segunda etapa há a dissolução seletiva do zinco. Esta última etapa não é a etapa determinante do processo devido à baixa taxa de difusão do zinco em estado sólido.(PONTE, 2004, p.80)

A corrosão grafítica é a que ocorre nos ferros fundidos cinzentos, a

temperaturas ambientes, na qual o ferro metálico sofre corrosão, restando a grafite

intacto, dando origem ao nome devido ao fato que o ferro fundido parece tornar-se

grafitizado, conforme Gentil (2011). O ferro fundido é muito usado para tubulações

de água, de esgotos, em drenagem e no chamado ferro nodular, que possuem teor

de grafita é chamado de corrosão grafítica, apresentado na Figura 16 e 17. Sendo a

grafita muito mais catódica que o ferro, e estando este concentrado em veios ou

nódulos, que passam a agir como cátodo, enquanto o ferro age como ânodo,

propiciando a corrosão. Nas figuras a parte escura é a área corroída devido a grafite:

Figura 16 - Corrosão grafítica em componentes de bom centrifuga de ferro fundido.Fonte: UFPR, 2004.

leonela, 18/11/12,
ano
leonela, 18/11/12,
ano
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Figura 17 – Retirada das incrustações e evidência da corrosão grafítica.Fonte: UFPR, 2004.

Pimenta (s.d.) observa que com uma faca ou canivete é possível desagregar

com facilidade a parede do tubo à semelhança de um bloco de grafite em tubos

velhos de ferro fundido. Para os usos normais, a corrosão grafítica não contraindica

a utilização dos tubos de ferro fundido, haja vista que as exigências de pressões

normalmente são pequenas e o tubo suporta bem, mesmo estando corroído. Ponte

explica que a corrosão grafítica “é um processo lento e não ocorre em ferros

fundidos dúcteis, maleáveis ou brancos, porque a rede de grafite não é contínua”.

É usual o revestimento dos tubos para a prevenção a este tipo de corrosão,

internamente com argamassa de cimento e externamente normalmente com pinturas

resistente ao solo onde serão enterrados.

2.2.2.7 Corrosão Associada ao Escoamento de Fluidos

Quando no escoamento de líquidos os processos corrosivos podem sofrer

aceleração pela associação da ação mecânica e seus efeitos com a formação de

pilhas, a ruptura de passivações e proteções aplicadas e as consequentes

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40

formações de pilhas, oportunidades da ação química e sua consequente ação

corrosiva. As corrosões ocasionadas por tais ações de fluidos sobre os materiais são

classificadas principalmente em corrosão-erosão, a corrosão com cavitação e a

corrosão por turbulência. Para a doutora Jane Zoppas Ferreira, a diferença básica

entre estes três tipos de corrosão associada ao escoamento de fluidos é:

quando o material está em contato com um fluxo turbulento, pode causar erosão no material ou ainda cavitação, se houver variação da pressão hidrodinâmica. Se houver atrito entre duas superfícies de forma a haver pequenos deslizamentos repetitivos, então estaremos diante de um caso de corrosão-atrito.(FERREIRA, 2012, p.8)

Assim, quando há o rompimento do filme de óxido pela ação mecânica e

posterior corrosão pelo meio agressivo é uma ocorrência desta classificação de

corrosão (FIGURA 18 E 19).

Figura 18 - Representação esquemática dos defeitos causados por corrosão-erosão na parede de um tuboFonte: PONTES, 2003.

leonela, 18/11/12,
ANO ERRADO
leonela, 18/11/12,
ANO
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41

Figura 19 – Corrosão-erosãoFonte: UFPR, 2004.

A corrosão por erosão, especificamente falando, se trata do desgaste

mecânico de uma substância sólida, no caso o material de componentes ou

condutores de um sistema causado pela abrasão superficial de uma substância

sólida, pura ou em suspensão num fluido, seja ele líquido ou gasoso. Segundo

Gemelli (2001), a erosão corresponde a uma degradação da superfície sob o efeito

de impactos de partículas, de gotículas, de um jato (água, vapor), ou da ação de um

escoamento turbulento. Em certas condições, em presença de eletrólitos, observa-

se uma corrosão-erosão, isto é, uma degradação simultânea por erosão e por

corrosão.

Para Jambo e Fófano (2008) “na maioria dos processos corrosivos há a

formação de um produto de corrosão entre a superfície metálica e o meio”. Callister

(2007) explica que a corrosão-erosão inicia-se pela ação combinada do ataque

químico e abrasão mecânica ou desgaste como a consequência do movimento do

fluido. Todas as ligas do metal são potencialmente, a um grau ou a outro,

suscetíveis à corrosão-erosão. São casos comuns e frequentes deste tipo de ação

(PONTES, 2003):

Quando se desloca um material sólido: rochas britadas, minérios ou produtos

industriais diversos, como o cimento;

leonela, 18/11/12,
REVER TODAS AS FIGURAS
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42

Quando se desloca um líquido contendo partículas sólidas: lamas de

produção de minérios; e

Quando se desloca um gás contendo partículas líquidas ou sólidas: cinzas

abrasivas resultantes da queima de carvão mineral, juntamente com os gases

de exaustão da combustão de usinas termoelétricas.

Ramanathan lista uma série de cuidados que podem ser tomados para evitar

a corrosão-erosão, ordenando em nível de importância os procedimentos a seguir:

i)- usar materiais de maior resistência mecânica; ii)- projetos adequados, no sentido da forma ou da geometria do equipamento. Um exemplo típico é o aumento do diâmetro de um tubo diminuindo assim a velocidade do fluido e assegurando um fluxo laminar; iii)- alteração do meio ambiente, desaeração ou adição de inibidores (pouco econômico); iv)- recobrimentos (aplicações de recobrimentos de diferentes espécies); v)- proteção catódica (ajuda a reduzir o ataque, não sendo porém muito eficiente).(RAMANHATHAN, 2008)

A forma básica de combate à corrosão por cavitação é minimizar o esforço de

tração sobre o fluido (BRANCO, 2011).

A corrosão por cavitação corresponde a uma degradação progressiva de uma

superfície sob a ação combinada da corrosão e da implosão de bolhas de cavitação.

Essas bolhas se formam nos fluidos em escoamento turbulento, sempre que

localmente existir uma depressão (GEMELLI, 2001). Pontes determina que a

corrosão por cavitação se manifesta na forma de ondas, lágrimas ou de depressões

na forma de patas de cavalo na superfície da liga. Nas Figuras 20 e 21 está

apresentado o mecanismo que melhor descreve a forma deste tipo de corrosão.

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43

Figura 20 – Mecanismo de turbulência em quina para pites de corrosão por cavitaçãoFonte: PONTES, 2003.

Figura 21 – Áreas com cavitação na bomba centrifuga, aparecendo as profundidades, dos pites ou alvéolos, em milímetros.Fonte: UFPR, 2004.

Pontes explica que a prevenção deste tipo de corrosão pode ser feita através

de modificações na projeção das peças a fim de modificar sua forma e a diminuir as

zonas de alta turbulência e velocidade de fluido. Para Branco (2011), os usuários

dos equipamentos devem baixar o nível das condições de refração ou de vácuo nas

zonas potenciais de cavitação, como é mostrado na Figura 22.

leonela, 18/11/12,
ANO
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44

A chamada corrosão por turbulência ou impingimento é um processo

corrosivo associado aos fluxos turbulentos de um líquido, ocorrendo especialmente

quando há a redução da área do fluxo, ou quando seu caminho torna-se mais

estreito e/ou apresentar mudança de direção, como em curvas (FIGURA 22). Um

exemplo dito são as tubulações e cotovelos (GENTIL, 2011).

Similar a corrosão por cavitação, os fluxos turbulentos provocam regiões de

baixa pressão e bolhas sobretudo de gases dissolvidos (ar, por exemplo) e vapor

que podem colapsar, causando a ação de ondas de choque do fluido contra a

parede metálica e o processo erosivo deste modo resultante é denominado de

impingimento. O ataque é um tanto diferente da cavitação, propiciando alvéolos na

forma de ferradura e pela ação dominante de bolhas de gases dissolvidos, enquanto

na cavitação a fase gasosa dominante é o vapor do líquido (FIGURA 23).

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45

Figura 22 – Detalhes construtivos causadores de erosão e por impingimentoFonte: UFPR, 2004.

Figura 23 – Erosão por impingimento em curva de tubulaçãoFonte: UFPR, 2004.2.2.3 Formas de Corrosão

A classificação quanto à geometria do ataque, aparência da superfície

corroída e como o desgaste se processa no tempo está listada a seguir:

2.2.3.1 Corrosão por Placas

A corrosão por placas é a que se localiza “em regiões da superfície metálica e

não em toda sua extensão, então se formam placas com escavações”, conforme é

mostrado na Figura 24 (PONTES, 2003). Assim, ela se dá quando os produtos da

reação de corrosão formam-se em placas que vão se desprendendo do volume do

material. É comum isto ocorrer em metais que formam uma película protetora, haja

vista que estas películas protetoras ganham volume, isto é, tornam-se mais

espessas e, com isso, perdem a aderência e fraturam. Estas fissuras que aparecem

vão expor o material a um novo ataque corrosivo (FIGURA 25).

leonela, 18/11/12,
ESPAÇO!!!!
leonela, 18/11/12,
ESPAÇAMENTO EM TODOS INICIOS DE TEXTO!!!!!!!!!!!! REVISEM TUDO!!
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46

Figura 24 - Representação esquemática da corrosão em placasFonte: UFPR, 2004.

Figura 25 - Corrosão em placaFonte: UFPR, 2004.2.2.3.2 Corrosão Alveolar

Ocorre quando a perda de volume provocado pela corrosão se dá sob forma

mais localizada, com maior profundidade que a corrosão por placa e sem o

desprendimento de material não corroído como a corrosão por placas, passando a

formar crateras. A corrosão ocorre na superfície metálica e os sulcos ou escavações

produzidas são semelhante a alvéolos, isto é, apresentam fundo redondo e

profundidade, em geral, menor que o seu diâmetro (PONTES, 2003). Normalmente

iniciam por corrosão por pite. São frequentes em metais que formam películas semi-

protetoras ou quando o processo de corrosão se dá por depósito, como em casos de

corrosão por aeração diferencial (FIGURAS 26 E 27).

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47

Figura 26 - Representação esquemática da corrosão alveolarFonte: UFPR, 2004.

Figura 27 - Corrosão alveolarFonte: UFPR, 2004.

2.2.3.3 Corrosão Intergranular ou Intercristalina

Para Pimenta, a corrosão intergranular é a que ocorre “quando o ataque se

manifesta no contorno dos grãos” (FIGURA 28 e 29), como é visto geralmente nos

aços inoxidáveis austeníticos sensitizados, quando expostos a meios corrosivos,

contudo, pode ocorrer também no alumínio, duralumínio, cobre e suas ligas, além de

outros materiais (CALLISTER, 2007).

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Figura 28 - Representação esquemática da corrosão intergranularFonte: UFPR, 2004.

Figura 29 - Corrosão intergranularFonte: UFPR, 2004.

A corrosão intergranular acontece quando existe um caminho preferencial

para a corrosão na região dos contornos de grão. Observando-se a figura a cima é

possível notar que os grãos vão sendo destacados a medida que a corrosão se

propaga. O principal fator responsável pela diferença na resistência a corrosão da

matriz (material no meio do grão) e do material vizinho ao contorno é a diferença que

apresentam na composição química nestes locais.

Para Ponte, “a diferença na composição pode desenvolver-se como um

resultado da migração de impurezas ou elementos de liga, para os contornos de

grãos”. De todo modo, mesmo que a alteração na composição química não seja

suficiente para eliminar totalmente a capacidade de formação da camada passiva,

verifica-se que existe uma corrente de corrosão devido a diferença de potencial

ocasionada pelas características diferentes dos materiais, como é visto na junta

soldada da Figura 30 a seguir.

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Figura 30 - Corrosão intergranular em junta soldadaFonte: Callister, 2000

2.2.3.4 Corrosão Transgranular ou Transcristalina

Pontes define a manifestação deste tipo de corrosão através do surgimento

de trincas ao longo do metal “produzindo a ruptura dos metais, sem que o metal ou

liga seja virtualmente atacado em sua superfície”, isto quer dizer que ele se propaga

interior dos grãos do material, diferentemente do intergranular que é ao redor do

grão. Jambo e Fófano explicam que uma fratura transgranular pode acontecer em

decorrência de vários fatores, tais como condições de tensão, processo de

fabricação, meio corrosivo, etc. A figura 31 a seguir mostra uma progressão da trinca

pela deformação plástica na base da trinca, associada ao aumento da concentração

de tensões, pois a trinca é uma região tencionada e encruada que age como área

anódica em relação ao material.

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Figura 31 – Corrosão Transgranular ou TranscristalinaFonte: UFPR, 2004.

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3 PROCESSO DE CAUSTIFICAÇÃO DA PRODUÇÃO DA CELULOSE

O processo de produção de celulose consiste basicamente em dissociar as

fibras de celulose que permanecem unidas pela lignina. Os fragmentos da lignina

são então dissolvidos como íons fenolato ou carboxilato. A polpação química é o

processo pelo qual a madeira, matéria prima da celulose, é reduzida a uma massa

fibrosa. Para a produção da celulose, existem três principais processos: o Kraft, o

Sulfito ou o Soda, onde são utilizados como reagentes no cozimento dos cavacos o

hidróxido de sódio (soda cáustica), sulfeto de sódio e carbonato de sódio.

O processo Soda é muito semelhante ao sulfeto. Enquanto o processo Soda é

apenas alcalino, o processo Sulfito utiliza bissulfeto de cálcio e dióxido de enxofre

(SHREVE E BRINK Jr., 2008). Já o processo Kraft, significando forte em alemão, é

utilizado hidróxido de sódio e sulfeto de sódio na polpação da madeira.

Segundo Shereve e Brink Jr. (1997, apud. CORDEIRO et. al. ,2011), o

processo Kraft é um processo alcalino responsável pela maior parte da polpa que se

fabrica nos dias de hoje. Isto se dá pelo fato deste processo gerar poucos resíduos e

de poder reaproveitar o licor negro, principal subproduto do processo (COSTA,

2000). Para Colodette et al. (2002, apud DEL GRANDE, 2004) a madeira é o item de

maior custo na produção da celulose sendo o eucalipto a madeira mais utilizada nas

empresas de papel e celulose.

3.1 MATÉRIA PRIMA

A Associação Brasileira de Celulose e Papel – BRACELPA (2010) informa

que no Brasil, “as duas principais fontes de madeira utilizadas para a produção de

celulose são as florestas plantadas de pinus e de eucalipto, responsáveis por mais

leonela, 18/11/12,
ESPAÇO!!!
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52

de 98% do volume produzido”. Contudo, explica que a celulose pode ser obtida de

outros tipos de plantas tais como “não-madeiras, como bambu, babaçu, sisal e

resíduos agrícolas (bagaço de cana-de-açúcar)”.

O eucalipto não é uma árvore natural do Brasil, ele foi trazido da Austrália

para o Brasil no início do século XX, para suprir as necessidades de lenha do

transporte ferroviário da época, segundo Del Grande. De lá para cá o eucalipto

ganhou espaço tanto na indústria madeireira, substituindo a madeira nativa, quanto

na indústria de papel e celulose.

Para a produção da celulose a casca é removida, pois contém alto teor de

extrativos. Estas cascas normalmente são retiradas na própria floresta, pois elas

servem de adubo para a próxima plantação. Após descascada, a madeira tem

ganhos no teor de fibras, haja vista que o teor das fibras das cascas é baixo.

Segundo Colodette et al. (2002, apud DEL GRANDE, 2004), outros fatores que

tornam importante a retirada da casca do eucalipto são:

[...] o consumo de reagentes na polpação e no branqueamento é maior; os extrativos da casca causam “pitch” e espuma; a lavagem e a depuração são mais difíceis; incrustações e células escuras da casca causam maior sujeira e menor alvura na polpa; as propriedades de resistência da polpa ficam prejudicadas.

Retiradas as cascas, a madeira é então picada em pedaços chamados de

cavacos. Estes cavacos são selecionados a fim de se obter espessuras mais

uniformes e para separar as lascas e as serragens. Em seguida, são submetidos a

processos mecânicos e químicos para a produção da celulose. Esses processos

químicos visam isolar a celulose de outros componentes da madeira. De acordo com

Severo, Calonego e Sansígolo (2006), a madeira é composta fundamentalmente de

celulose, hemiceluloses, lignina e extrativos. Foelkel (1977, apud. SEVERO,

CALONEGO & SANSÍGOLO, 2006), explica o que são cada um desses itens:

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53

(1) celulose: substâncias que se constituem em largas cadeias de polissacarídeos, apresenta-se na ordem de 40 a 45% da substância madeira; (2) hemiceluloses: substâncias que formam uma matriz envolvendo a celulose, apresentam-se na ordem de 20 a 30% da substância madeira; (3) lignina: substâncias incrustantes, que preenchem os espaços vazios na parede celular, constitui cerca de 18 a 25% e de 25 a 35% da substância madeira em folhosas e coníferas, respectivamente; (4) extractivos: compostos solúveis em água e solventes orgânicos, locali-zados nos lumens celulares, nas paredes celulares e nas células parenquimáticas da madeira, apresentam-se na ordem de 2 a 25% da substância madeira.

3.2 PROCESSO KRAFT

Para Colodette et al. (2002, apud DEL GRANDE, 2004), o processo químico

mais utilizado é o processo Kraft que é constituída de três linhas básicas:

Linha de Fibras: recepção de madeira, polpação, lavagem,

branqueamento, secagem e expedição;

Linha de Recuperação: evaporação, caldeira de recuperação,

caustificação e forno de cal; e

Linha de Utilidades: tratamento de água e efluente, produção de

químicos, vapor, energia e ar comprimido.

A finalidade do processo Kraft é separar a lignina da celulose e da

hemicelulose degradando o mínimo possível das fibras. Neste sentido, é utilizado na

etapa de cozimento, o hidróxido de sódio (NaOH) e o sulfeto de sódio (Na2S) como

agentes ativos na reação, chamados de licor branco (D’ALMEIDA, 1988, apud.

FIGUEIRÊDO, 2009). O cavaco é aquecido juntamente com o licor branco em um

vaso de pressão chamado de digestor. Com o cozimento, é gerado um subproduto

denominado licor preto. Conforme Meneses (2005), o licor negro é “formado por

materiais orgânicos e inorgânicos, provenientes da solubilização da madeira e pelos

químicos utilizados no tratamento desta”

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54

Em seguida é feita a recuperação dos produtos químicos através da

evaporação, na qual o licor preto fraco sai do digestor e é enviado a um sistema de

evaporadores de múltiplo efeito para elevação do seu teor de sólidos, gerando o licor

mais concentrado chamado de licor preto forte. Este licor é então submetido a

queima nas caldeiras de recuperação onde ocorre a redução do sulfeto de sódio em

sulfeto de sódio. Neste processo recupera-se um dos agentes ativos utilizados no

processo de polpação. Os sais fundidos resultantes desse processo de queima são

ricos em sulfeto de sódio e carbonato de sódio, constituindo o smelt (FIGUEIRÊDO,

2009).

Após o este processo de queima, o smelt é dissolvido gerando uma

solução denominada licor verde. Este licor é obtido a partir da dissolução

dos sais fundidos da caldeira de recuperação, sendo composto

basicamente de carbonato de sódio, sulfeto de sódio e hidróxido de sódio

(MENESES, 2005). A reação de caustificação ocorre com a adição de cal,

“constituída por cerca de 90% de óxido de cálcio”, segundo Figueirêdo, ao

licor verde licor. Este novo licor é chamado de licor branco e contém uma

quantidade mínima de compostos químicos inertes ao processo de

polpação (COLODETTE et al., 2002, apud DEL GRANDE, 2004). O

carbonato de sódio presente no licor verde é então transformado em

hidróxido de sódio e carbonato de cálcio, chamado então de lama de cal. A

lama de cal é calcinada no forno de cal para ser posteriormente reutilizada

no ciclo como cal recuperada, finalizando o ciclo de recuperação Kraft dos

produtos químicos (FIGURA 32). A Figura 33 a seguir mostra os principais

equipamentos envolvidos no processo Kraft de produção de celulose:

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55

Figura 32 - Visão Geral do Ciclo de Recuperação KraftFonte: D’Almeida, 1988 (apud. FIGUEIRÊDO, 2009)

Figura 33 – Processo Kraft de Produção de CeluloseFonte: Assunção et al., 1988 (apud. FIGUEIRÊDO, 2009)

Page 58: Monografia.genilson Jean 14 11 Finalizada

56

O sistema de bombeamento de lama de cal é severamente atacado

provocando desgaste por abrasão e corrosão química pela lama bombeada, nas

bombas de leite de cal os componentes internos da bomba geralmente são

fabricados em aço ligados com uma maior concentração de cromo e níquel a fim de

proporcionar uma maior dureza, para melhor resistência à abrasão e corrosão.

3.2.1 Licores

Conforme Figueirêdo, o sistema de caustificação faz parte do ciclo de

recuperação química do processo Kraft. O objetivo desta etapa do processo é a

produção do licor branco, empregado no cozimento dos cavacos no digestor, a partir

de produtos químicos inorgânicos produzidos na caldeira de recuperação e forno de

cal. licores são as soluções de cálcio em água. O licor branco e o verde contêm uma

quantidade de sais de cálcio que corresponde a aproximadamente 10 % do peso da

solução. Os componentes principais do licor verde e do licor branco são os mesmos,

somente as quantidades são diferentes. Na caustificação, uma parte do componente

principal do licor verde, o carbonato de sódio, se transforma no principal componente

do licor branco, ou seja, hidróxido de sódio.

Segundo Meneses, a preparação e o uso do licor branco envolvem algumas

definições e termos específicos, que são usados para acompanhar e controlar a

qualidade do licor branco, para que cumpra com os requisitos da planta de

cozimento. As definições mais importantes do licor usado na caustificação são:

Álcalis Totais: é a soma das concentrações de hidróxido de sódio,

sulfeto de sódio e carbonato de sódio contidos no licor;

leonela, 18/11/12,
ANO
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57

Álcalis Ativos: é a soma das concentrações de hidróxido de sódio e

sulfeto de sódio existentes no licor, expressa em g/l;

Álcalis Tituláveis: É o conteúdo de cálcio obtido do licor pela titulação

do ácido. É a soma dos conteúdos de carbonato de sódio, hidróxido de

sódio e sulfeto de sódio;

Álcalis efetivos: é a soma das concentrações de hidróxido de sódio

mais metade da concentração de sulfeto de sódio. Considera-se

somente a metade da concentração de sulfeto de sódio, pois se sabe

que parte do sulfeto contido na solução está sob a forma complexada;

Sulfidez: indica o enxofre presente no álcali ativo ou total, sob forma de

sulfeto de sódio, sendo expressa em porcentagem;

Eficiência da caustificação: ou causticidade, é a expressa em

porcentagem e refere-se à dosagem de cal, se é suficiente ou não; e

Grau de redução: esse termo que descreve o êxito da queima na

caldeira de recuperação é entendido como uma proporção percentual.

3.2.2 Cal

A cal (CaO) é a outra matéria-prima necessária para a preparação do licor

branco, essa cal é obtida no forno de cal.

Segundo Figueirêdo, a cal é dissolvida em água no processo de caustificação,

formando o hidróxido de cálcio, o que promove uma liberação de energia. O

hidróxido de cálcio reage com o carbonato de sódio que está presente no licor verde,

produzindo o hidróxido de sódio e o carbonato de cálcio, conhecido por lama de cal.

para extinguir a cal, a reação de extinção ocorre rapidamente e em temperaturas

leonela, 18/11/12,
ANO
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58

elevadas, próximas a 100º C. A mistura e a qualidade da cal também afetam a taxa

de reação. Estas reações ocorrem de maneira simultânea.

“Tanto o hidróxido de cálcio como o carbonato de cálcio são insolúveis sob

essas condições e participam da reação como sólidos” (LINKE, 1965,

apud.FIGUEIRÊDO, 2009). Isto que dizer que a reação de caustificação chega ao

equilíbrio no ponto a partir do qual não é mais possível haver reação, ou seja,

significa dizer que o acréscimo de cal após o equilíbrio (proporcional a uma certa

quantidade de carbonato de sódio) não tem como resultado a transformação total de

todo o carbonato de sódio em hidróxido de sódio. Da mesma forma, toda a cal em

excesso não se transforma em lama de cal. Figueirêdo (2009, p. 26) ratifica:

[...] como a reação de caustificação é de equilíbrio, sendo, portanto reversível, não se consegue, mesmo sob condições muito favoráveis, uma conversão maior que 85% de Na2CO3 em NaOH. Esta porcentagem depende da concentração (álcali) e sulfidez do licor verde [...]. Na prática, procura-se operar com eficiências de caustificação 5% abaixo do limite máximo [...], com o objetivo de se evitar o overliming (geração de lama de cal em excesso).

A curva de Goodwin (FIGURA 34), indica o equilíbrio teórico (a causticidade)

da reação 0%, 25% e 40% de sulfidez. Alta eficiência de conversão é desejável para

reduzir a carga de carbonato de sódio inerte no ciclo de recuperação. Normalmente

o grau de caustificação é de cerca de 80-90%, dependendo da concentração de

álcalis e nível de sulfidez. A curva de Goodwin descreve o mais alto grau de

caustificação realizável.

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Figura 34 – Curva de Goodwin – Eficiência de Caustificação X Licor Branco (TTA)Fonte: Sanches, 2002 (apud. FIGUEIRÊDO, 2009)

Além disso, a parte da cal que não reage, provoca um aumento de cal livre na

lama de cal. Esse fato causa problemas na sedimentação, filtragem e queima da

lama de cal. A partir da figura acima é possível entender que as condições da

reação devem ser escolhidas de forma que a reação tenha um tempo suficiente. O

conteúdo de óxido de cálcio da lama de cal deve ser suficientemente baixo e a lama

de cal deve conter a maior quantidade possível de partículas grandes. Para a

Lwarcel Celulose,

Para que o ciclo de recuperação química atinja o máximo índice de reaproveitamento de produtos químicos, ainda é preciso transformar o Carbonato de Cálcio (CaCO3) em Cal Virgem (CaO). A Cal Virgem retorna para o início do processo de Caustificação e fecha-se o circuito de recuperação dos produtos químicos utilizados no Cozimento da madeira.(2007, p.1)

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4 ESTUDO DE CASO

4.1 CARACTERIZAÇÃO DA EMPRESA

A empresa3 do presente estudo é uma das maiores produtoras atualmente no

segmento de celulose de eucalipto, comercializada em mais de trinta países, papel e

cartão (para imprimir e escrever, revestidos ou não), comercializada em sessenta

países. Sua trajetória marcada pela constante busca do desenvolvimento

sustentável.

Localizada no estado da Bahia, a empresa ganhou vários prêmios de

qualidade, tais como o PNQ (Prêmio Nacional de Qualidade) e certificação FSC

(Forestry Stewardship Counci – Conselho de Manejo Florestal), além das ISO 9001,

ISO 14001, OHSAS 18001 e Cerflor. Em 2010 a empresa é reconhecida como a

primeira empresa do setor a quantificar a Pegada de Carbono em seus produtos

com base na metodologia PAS 2050 e recebeu a certificação Carbon Reduction

Label (Certificação de Redução de Carbono), concedida pela Carbon Trust.

Neste mesmo ano, a Empresa anunciou o Plano 2024, com o objetivo de levar a

empresa a multiplicar seu valor por meio do crescimento orgânico e da

diversificação dos negócios, ingressando também no setor de biotecnologia e

energia renovável.

A produção é monitorada por um sistema computadorizado que controla cada

etapa do processo de produção. De acordo com o sítio eletrônico de Relações com

Investidores da empresa, “a programação e o controle da produção de papel são

3 Para manter o sigilo da empresa estudada nenhuma documentação será citada na referência bibliográfica

Page 63: Monografia.genilson Jean 14 11 Finalizada

61

feitos com estreita coordenação entre as áreas de produção, vendas e marketing”. É

explicado ainda que com este controle é possível planejar, otimizar e customizar a

programação de produção, bem como de antecipar e responder com flexibilidade às

variações sazonais e preferências dos consumidores (ELABORADA PELO AUTOR).

A fábrica integrada de papel e celulose na Bahia opera em três turnos,

durante 24 horas por dia, todos os dias do ano, com exceção de duas paradas

programadas para manutenção, uma com duração de cinco dias e a outra com

duração de sete a dez dias, geralmente em março e setembro, respectivamente. As

operações das fábricas de São Paulo também ocorrem em três turnos diários, 24

horas por dia todos os dias do ano, porém a parada programada para manutenção

é feita por dez dias consecutivos, normalmente no mês de maio.

4.2 PROBLEMA

Desgaste excessivo no rotor e voluta da bomba responsável pelo

bombeamento de lama de cal para o filtro Filtro de Licor Branco (do inglês Pressure

Disc White – PDW), causado pela corrosão-erosão, que comparado com bombas

que operam nas mesmas condições, porém em plantas de caustificação distintas é

considerado prematuro.

Desgaste excessivo no rotor ou impelidor, que é o componente giratório,

dotado de pás que tem a função de transformar a energia mecânica em energia de

velocidade e energia de pressão, e da voluta, que é o componente responsável por

transformar parte da energia de velocidade em energia de pressão, da bomba

responsável pelo bombeamento de lama de cal para o filtro PDW, causado pela

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62

corrosão-erosão, que comparado com bombas que operam nas mesmas condições,

porém em plantas de caustificação distintas é considerado prematuro.

4.3 DEFINIÇÕES

As definições a seguir foram adaptadas do sítio eletrônico institucional da

distribuidora de bombas Centrão das Bombas (s.d.) e de Mattos e Falco (1998):

Bomba centrífuga: é o equipamento mais utilizado para bombear líquidos no

saneamento básico, na irrigação de lavouras, nos edifícios residenciais, nas

indústrias em geral, transferindo líquido de um local para outro. As bombas

centrífugas funcionam através de uma fonte externa à bomba, como um

motor elétrico, motor a diesel, etc., gira um ou mais rotores dentro do corpo

da bomba centrífuga, movimentando o líquido e criando a força centrífuga que

se transforma em energia de pressão. A entrada do líquido na bomba

centrífuga é chamada de sucção, onde a pressão pode ser inferior à

atmosférica (vácuo) ou superior. O local de saída do líquido da bomba é

conhecido como recalque. A diferença de pressão na sucção e no recalque

da bomba centrífuga é conhecida com altura manométrica total (Hman) e que

determina a capacidade da bomba centrífuga em transferir líquido, em função

das pressões que deverá vencer, expressa em energia de pressão; e

Rotor ou impelidor é o componente giratório, dotado de pás que tem a função

de transformar a energia mecânica em energia de velocidade e energia de

pressão; e

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63

Carcaça ou voluta é o componente responsável pela contenção do fluído

bombeado bem como, sob certo aspecto, provê oportunidade para a

conversão de energia cinética do fluído em energia de pressão, passo

fundamental ao bombeamento.

4.4 METODOLOGIA

Método é a maneira ou o modo utilizado para se atingir um determinado

objetivo, e metodologias são as regras e os procedimentos adotados por um

determinado método. O presente estudo irá, além de fazer um estudo bibliográfico

em livros que tratam do sobre corrosão, utilizar a pesquisa de campo como meio de

obtenção de dados, sendo sua coleta realizada em uma empresa de papel e

celulose localizada no extremo sul da Bahia.

Dada a importância da planta de caustificação dentro do processo produtivo e

o impacto causado pela parada de manutenção corretiva não programada, a

corrosão por erosão é um fator determinante para realização deste estudo. Para tal,

será feito um levantamento das ocorrências no Sistema de Ocorrências – OCR –

Versão 6.0.127, abrangendo pesquisa no Sistema, Aplicativos e Produtos em

Processamento de Dados (do inglês Systems, Applications, and Products in Data

Processing – SAP) para quantificar e estratificar falhas durante vida útil do

equipamento.

Será feita também análise do sistema e layout da planta e consulta com

fornecedor para avaliar material da bomba, além de pesquisas do uso de

ferramentas para dimensionamento do desgaste causado pela corrosão, através do

medidor de espessura DM5E SERIES, do cabeçote DA 501 EB 500495 602 5Mhz

Page 66: Monografia.genilson Jean 14 11 Finalizada

64

(fabricante GE), da lâmpada stroboscope TKRS 10 (fabricante SKF), bem como em

catálogos de fabricantes de bomba – SULZER4, ABS5, ENVIROTECH6, cujas

folhadas de dados ou planilhas importantes estão nos anexos deste trabalho

monográfico.

A bomba analisada faz parte de um estudo de melhoria da engenharia da

fábrica em questão, com a implantação prevista para o ano de 2013, na qual a

solução adotada pretende eliminar a corrosão-erosão nos componentes internos da

bomba, rotor ou impelidor e voluta. As bombas analisadas serão chamadas, neste

estudo de caso, pelo seu Tag 143, de fabricação Envirotech, que é uma bomba de

recalque de lama de cal para o filtro de lama PDW da planta de caustificação linha 1,

e a outra bomba de fabricação Sulzer, chamada pelo seu Tag 343, responsável pelo

bombeamento de lama de cal para o filtro de licor branco PDW e filtro de Licor Verde

(do inglês Green Disc Pressure – PDG), da planta de caustificação linha 2.

Será feito um estudo comparativo com outra bomba que opera nas mesmas

condições, porém em plantas diferentes e que não sofre desgaste causado pelo

fenômeno da corrosão-erosão. As informações obtidas serão tabeladas e analisadas

com a intento de se apresentar um material de compatível aplicação do produto, a

fim de resolver o problema ou aumentar a vida útil do equipamento em estudo.

4.4.1 Materiais e Equipamentos

Medidor de espessura DM5E SERIES – fabricante GE;

Cabeçote DA 501 EB 500495 602 5Mhz – fabricante GE;

4 Manual Anexo 1 e 5 – Folha de Dados da Bomba 343 e Projeto da Bomba5 Manual Anexo 6 – Materiais da Bomba ABS6 Manual Anexo 7 – Folha de Dados da Bomba da Envirotech

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65

Lâmpada stroboscope TKRS 10 – fabricante SKF;

Bomba da planta de caustificacao da linha 1 – fabricante ENVIROTECH.

Bomba da planta de caustificacao da linha 2 – fabricante SULZER;

4.4.2 Métodos

4.4.2.1 1° Etapa – Análise e Levantamento de Dados do Projeto da Bomba

Para início do estudo foram analisados os dados de projeto da bomba 343. A

folha de dados (ANEXO 1) e curva da bomba (ANEXO 3) fornecem as informações

necessárias para início da investigação. Através dela é conhecida a rotação da

bomba, diâmetro do rotor, material de fabricação dos componentes, vazão, Altura

Positiva de Sucção (do inglês Net Positive Suction Head – NPSH), temperatura do

fluído bombeado e ponto de operação das bombas centrifugas (MATTOS & FALCO,

1998).

Em seguida foi coletadas informações das ocorrências no Sistema OCR da

referida empresa, abrangendo pesquisa no SAP para quantificar e estratificar falhas

durante vida útil do equipamento. Nesta etapa também serão feitos os seguintes

levantamentos:

Levantamento de dados no Tempo Médio entre Falhas (do inglês Mean

Time Between Failure – MTBF) das bombas 143 e 343;

Do sistema e layout da planta;

Com respectivos fornecedores para avaliar o material da bomba;

Do uso de ferramentas para dimensionamento do desgaste causado pela

corrosão;

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66

Do medidor de espessura DM5E SERIES;

Do cabeçote DA 501 EB 500495 602 5Mhz, Fabricante GE;

Da lâmpada stroboscope TKRS 10, Fabricante SKF; e

Levantamento dos dados do processo.

4.4.2.2 2° Etapa – Análise dos Resultados

Nesta etapa foi feita a análise comparativa com uma bomba que opera nas

mesmas condições, porém em plantas diferente e não sofre desgaste causado pelo

fenômeno da corrosão erosão. É exposta uma análise conclusiva das informações

obtidas a fim de se compreender e explicar o fenômeno da corrosão e apresentar

um material compatível com aplicação do produto. O propósito desta análise é

resolver o problema ou aumentar a vida útil do equipamento em estudo. Assim

sendo, foram apresentadas três propostas técnicas que estão sendo analisadas pela

engenharia da fábrica com previsão de instalação em 2013.

4.5 PROCEDIMENTOS

4.5.1 1° Etapa – Análise e Levantamento de Dados do Projeto da Bomba

Para entendimento da situação foi feito um levantamento de dados das

referidas bombas que operam na planta da caustificação com o objetivo de melhorar

Page 69: Monografia.genilson Jean 14 11 Finalizada

67

o desempenho da bomba 343 (FIGURA 36) da planta de caustificação 2 comparado

com a bomba 143 (FIGURA 35) da planta de caustificação 1.

Figura 35 - Bomba 143 operando na planta de caustificação 1Fonte: CAPTURADA, 2012.

Figura 36 - Bomba 343 operando na planta de caustificação 2Fonte: CAPTURADA, 2012.

A lama de cal é uma solução utilizada na produção de licor branco, contendo

outras espécies de substâncias tipicamente encontradas, sendo sulfatos, sulfetos,

cloretos e carbonato que são aparentemente inócuos. Devido à rápida conversão de

sulfeto de hidrogênio para tiossulfato, no licor branco em presença do oxigênio, a

taxa de corrosão na interface ar/líquido é alterada.

A corrosão-erosão nas bombas é causada pelo contato de sólidos abrasivos

presentes no lama de cal, isto é fortemente influenciado pela composição do licor.

Em licor branco contendo apenas os produtos químicos importantes (NaOH e Na2S

hidróxido de sódio e sulfeto de sódio, respectivamente), a taxa de corrosão do aço

Page 70: Monografia.genilson Jean 14 11 Finalizada

68

carbono é menor que 0,255 mm/ano. Entretanto, a presença dos tiossulfatos pode

aumentar a taxa de corrosão em até 1,3 mm/ano.

Analisando a folha de dados da Sulzer fabricante da bomba 343BB005,

(ANEXO 1) da planta de caustificação 2, verifica-se que o material requerido para a

carcaça e rotor conforme fabricante Metso é ASTM A743 CF8M7, que equivale ao

aço inox AISI8 316 fundido. A folha de dados também menciona o material ASTM

A890 3A9. Este material é aço inox Duplex indicado para produtos corrosivos. O

modo de falha é desgaste por abrasão causado pela presença de partículas solidas

presentes na lama de cal.

A bomba 143 trabalha na mesma condição da bomba 343 e esta sendo

utilizado na carcaça e rotor material ASTM 532 CL III-A10 com dureza mínima de

500HB. O material ASTM A532 Classe III especificado é considerado um aço de boa

qualidade para trabalhar em ambiente exposto a estas substâncias abrasivas, por

apresentar um teor elevado de Cromo e Níquel na composição química,

apresentando bom desempenho na bomba 143 da planta de caustificação 1.

Nesta etapa não foi feito um estudo aprofundado acerca do desgaste e do

fenômeno da corrosão, foi decidido substituir o material da bomba 343 de ASTM

A743 CF8M, para o mesmo material da bomba 143, tendo em vista que a vida útil do

rotor e da voluta é considerada satisfatória para essa aplicação.

A empresa Metso forneceu uma nova bomba em garantia com o material

ASTM A 532 CL III-A solicitado pela empresa, esta bomba passou a operar em

7 ASTM significa Sociedade Americana de Testes e Materiais, do inglês American Society for Testing and Materials. ASTM A743 CF8M: é uma liga de austenite e ferrite (1-15%) (ARSOPI, s.d.).8 AISI significa Instituto Americano de Ferro e Aço, do inglês American Iron and Steel Institute. AISI 316 é um aço cromo-níquel molibdênio, inoxidável austenítico, não-temperável, não-magnético (FAVORIT, 2010).9 A890 3ª: aço duplex, liga de austenite e ferrite (ARSOPI, s.d.).10 ASTM 532 CL III-A : Ferro fundido ligado ao cromo apresentando elevada dureza, de difícil usinabilidade, não resistente a impactos, com alta resistência a abrasão: placas de revestimento,  chapas de desgaste, blindagens, rolos e anéis para moagem. ( ALTIVO, 2011)

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69

04/04/2012. Durante a parada geral para manutenção da planta em 08/08/2012 foi

retirado à bomba 343 para avaliar as condições do rotor e voluta, verificado que o

rotor estava com desgaste prematuro causado por corrosão-erosão, já a voluta tinha

um desgaste leve e não comprometia a operação do mesmo.

Com a alteração da especificação, esperava-se que a bomba 343 operasse

com uma vida útil maior, como acontece com a bomba 143. Porém, após quatro

meses de operação, a bomba já apresentava um desgaste excessivo no rotor, como

pode ser visto nas Figuras 37 e 38:

Figura 37 – Foto da Placa de DesgasteFonte: CAPTURADA, 2012.

Figura 38 – Close no Desgaste na PlacaFonte: CAPTURADA, 2012.

O rotor nas Figuras 39 a 41 apresentam desgaste avançado provocado pelas

partículas abrasivas da lama de cal, corrosão-erosão.

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70

Figura 39 – Foto Frontal do RotorFonte: CAPTURADA, 2012.

Figura 40 – Foto da Palheta do RotorFonte: CAPTURADA, 2012.

Figura 41 – Foto do Desgaste da Palheta do RotorFonte: CAPTURADA, 2012.

Nessas figuras o rotor apresenta um avançado estado de corrosão-erosão,

provocado pelas partículas abrasivas do leite de cal. Como a bomba 343 não

Page 73: Monografia.genilson Jean 14 11 Finalizada

71

apresentou um resultado esperado, que em casos de líquido corrosivos que

contenham partículas abrasivas como o leite de cal é estimado uma vida útil de

16000 horas de operação como acontece na bomba 143, foi criado um grupo de

estudo para avaliar condições de processo e operacionais do equipamento. Nesta

etapa do estudo são levantados todos os dados de processo e característica do

fluido bombeado e listados a seguir, pois é de fundamental importância em se

tratando de corrosão.

4.5.1.1 Dados Técnicos da Bomba da Planta de Caustificação 2

Vazão 9330 l/min;

Altura manométrica- 31 m.c;

NPSH disponível- 2,8 m.c;

Pressão de sucção-2,1 bar;

Pressão de descarga-5,88 bar;

Diâmetro do rotor- 410 mm;

Eficiência- 83%;

NPSH requerido da bomba- 2,1 m.c; e

Rotação da bomba 1200 RPM .

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72

4.5.1.2 Sistema de Alimentação da Bomba 343 da Planta de Caustificação 2

Figura 42 – Tela com Layout da BombaFonte: CAPTURADA, 2012.

4.5.1.3 Dados de Operação da Bomba 343 da Planta de Caustificação 2

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73

Figura SEQ Figura \* ARABIC 43 – Telas de Operação da Bomba 343 da Planta de Caustificação 2Fonte: CAPTURADA, 2012.

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74

4.5.2 2° Etapa – Análise dos Resultados

4.4.2.1 Escolha do Novo Material para Aplicação

Analisando os dados de processo foi possível verificar que a bomba opera em

condições critica e não atende as especificações de projeto. Durante manobra para

troca de camada do filtro PDW e PDG, a bomba 343 operou com vazão reduzida ou

acima da vazão máxima e em determinados momentos com vazão zero, o que

compromete os componentes internos, neste caso, o rotor e voluta. Essas peças

estão em contato direto com o líquido bombeado, sofrendo uma ação de desgaste

causado pelo fenômeno conhecido por recirculação, quando operando abaixo da

vazão mínima, e desgaste causado pela cavitação, quando operando acima da

vazão máxima.

Segundo Karassink (1987), recirculação interna é o retorno de uma parte do

fluxo contrário ao sentido natural de escoamento. A recirculação na entrado do rotor

é chamada de recirculação interna na sucção e a recirculação na saída do rotor é

chamada de recirculação interna na descarga. Estes dois tipos de recirculação

podem ser muitos prejudiciais à operação de uma bomba, pois o fluxo reverso na

sucção ou descarga produz vórtices que se rompem, produzindo ruído e cavitação

na bomba. Ainda segundo Karassink, no início da recirculação interna na sucção e

na descarga ocorre nas bombas hidráulicas de fluxo em pontos críticos abaixo do

ponto de melhor eficiência, mas não necessariamente em pontos coincidentes.

Page 77: Monografia.genilson Jean 14 11 Finalizada

75

Outra variante da corrosão-erosão é a cavitação. Neste processo corrosivo, a

retirada do filme de corrosão não se dá pelo impacto da partícula, mas sim pelas

ondas de choque geradas pela implosão de partículas gasosas. Este processo

corrosivo é extremamente comum em bombas centrifugas quando existe a

possibilidade de vaporização de fases gasosas a partir do fluido bombeado. A

cavitação é responsável por praticamente toda a perda de bombas centrifugas nas

indústrias de processo (JAMBO & FÓFANO, 2008).

Para escolha do material que melhor atende ao processo foi contratado duas

empresas para avaliar os dados técnicos e fazer uma proposta técnica. As empresas

que estão fazendo o estudo juntamente com a equipe da empresa são Weir Mineral

(ANEXO 4) e a Metso (ANEXO 2), que contratou o fabricante de bombas ABS.

A empresa Metso, sabendo da importância desta bomba para o processo

produtivo da planta, entrou em contato com a empresa ABS e estudou uma nova liga

para aplicar na bomba 343. Esse material seria fornecido pela empresa ABS tendo a

empresa Metso com responsável pelo fornecimento. Seria fornecido ainda o rotor, o

disco de desgaste e a voluta fabricado com material Stainless steel 2399 (32Cr - 5Ni

- 1.6Si - 1.3C) que não possui correspondência na norma ASTM.

A Weir Mineral, após analisar os dados de processo e operação, apresentou

uma proposta técnica sugerindo algumas recomendações a fim de evitar

recirculação e cavitação.

Page 78: Monografia.genilson Jean 14 11 Finalizada

76

4.6 PROPOSTA TÉCNICA

4.6.1 Alternativa 1

A primeira sugestão é a utilização da bomba centrífuga horizontal com liners

e rotor em Neoprene com as seguintes definições:

Bomba centrifuga horizontal de polpa, marca Warman, modelo 10/8 E M;

Volutas LA e LS em ASTM A536 (ferro fundido modular); e

Liners internos das volutas e rotor Neoprene.

4.6.2 Alternativa 2

A segunda alternativa é a utilização de bomba centrifuga horizontal com liners

e rotor em ASTM A532 CL III TPA (Liga de alto carbono) com as seguintes

definições:

Bomba centrifuga horizontal de polpa, marca Warman, modelo 10/8 EMU; e

Volutas central, tampas dianteira/traseira e rotor em ASTM A532 CLIII TPA.

4.6.3 Alternativa 3

A última sugestão é a utilização da bomba centrífuga horizontal Hazleton com

as seguintes definições:

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77

Bomba centrifuga horizontal de polpa, marca Hazleton, modelo 8 CTE; e

Volutas central, tampas dianteira/traseira e rotor em ASTM A532 CLIII TPA.

4.6.4 Previsões

Previsão de vida útil (rotor e voluta) Neoprene: 13000 horas de operação; e

Previsão de vida útil (rotor e voluta) ASTM A532 CLIII TPA: 16000 horas de

operação.

4.6.5 Considerações Acerca das Alternativas

Para todas as alternativas apresentadas, as seguintes ocorrências devem ser

evitadas ou consideradas:

Evitar ocorrência de cavitação:

o Instalar o conjunto moto-bomba no nível do chão, não utilizar a base de

concreto atual, dessa forma estaremos adicionando na sucção

aproximadamente um metro de coluna de liquido, aumentado assim o

valor do NPSH disponível;

o Aumentar a linha de recalque mantendo-se afastada a região de

transição de diâmetros (14 pol. x 10 pol.), em pelo menos 1,5 metros

do olho do rotor. Ou seja deverá existir uma tubulação de diâmetro de

10 polegadas e comprimento mínimo de 1,5 metros desde a flange de

sucção da bomba até a região de transição de diâmetros 14 x 10 pol; e

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78

o Instalar um quebra vortex na linha de sucção da bomba, evitando

assim turbulência no fluxo de polpa na região, proporcionando maior

vida útil das peças em contato com a polpa bombeada.

Evitar ocorrência de recirculação:

o Instalar na linha de recalque atual um trecho de tubulação com o

mesmo valor de diâmetro nominal, igual ao diâmetro de recalque da

bomba, nesse caso 8 polegadas. O comprimento desse trecho deverá

ter no mínimo 1,5 metros, afastando assim a zona de transição de

diâmetros (8 x 14) polegadas do bocal de recalque da bomba. Dessa

forma a polpa ganhará uma quantidade de movimento suficiente para

evitar o retorno de polpa para dentro da carcaça, ocasionando o efeito

de recirculação interna, fenômeno esse que proporciona desgastes

prematuros nas peças em contato com a polpa bombeada (rotor e

voluta).

4.7 RESULTADOS

Como a bomba 143 dura em média 3 anos, levantou-se os dados

considerados mais importantes para análise e comparações dos resultados. Com a

bomba 343, a operação foi feita com um MTBF de seis meses. Levando-se em conta

que todas as bombas trabalham com a mesma finalidade, bombeando lama de cal

com as mesmas características, elaborou-se a seguinte tabela (.

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TABELA 4 - COMPARAÇÃO ENTRE BOMBAS 143 E 343, DA PLANTA DE CAUSTIFICAÇÃO 1 E 2

DadosPlanta 1 Planta 2

Bomba 143 Bomba 343

Tipo de rotor: FECHADO FECHADO

Vazão em m3/h: 250 550

Altura manométrica: 20 MCL 31 MCL

Diâmetro de sucção em mm: 152,4 200

Diâmetro de recalque em mm: 127 250

Diâmetro do rotor em mm: 430 410

Rotação: 893 RPM 1200 RPM

Velocidade no recalque em m/s: 2,66 4,46

Fonte: ELABORAÇÃO PRÓPRIA (2012) .

Para entendimento do problema, foi levantado alguns dados construtivos das

bombas em estudo para avaliar as principais diferenças que podem estar

influenciando no desgaste prematuro da bomba 343 por corrosão-erosão. Foram

levantados os principais dados construtivos das bombas e verificado as seguintes

diferenças:

1. A bomba 143 é fabricada com rotor fechado com diâmetro de 430

milímetros, enquanto a bomba 343 da planta de caustificação 2 é

fabricada com rotor fechado com diâmetro de 410 milímetros;

2. A bomba 143 é para uma vazão de 250 m3/h enquanto a bomba 343 da

planta de caustificação 2 é para uma vazão de 550 m3/h;

3. A bomba 143 eleva o lama de cal a uma altura manométrica de 20 MCL

enquanto a bomba 343 a uma altura de 31 MCA;

leonela, 18/11/12,
leonela, 18/11/12,
FORMATAR CONFORME NORMA
Page 82: Monografia.genilson Jean 14 11 Finalizada

80

4. A bomba 143 trabalha com uma rotação de 893 RPM enquanto a bomba

343 trabalhava com rotação de 1053 RPM;

5. A bomba 343 opera com vazão abaixo do ponto de melhor eficiência, ou

seja, abaixo da vazão mínima que, conforme fabricante Sulzer, é de 223,8

m³/h, ou acima da vazão máxima recomendada de 559,8 m³/h e em

determinados momentos com vazão zero, modificando assim a curva

característica da bomba (ANEXO 3), o que influencia diretamente na vida

útil do equipamento; e

6. Observando os dados construtivos da bomba 143 e da bomba 343,

percebe-se que trata de bombas de projetos diferentes.

Page 83: Monografia.genilson Jean 14 11 Finalizada

81

4.8 DISCUSSÕES

A bomba 143 da planta de caustificação 1, de fabricação Envirotch foi

instalada em 2004 e opera sem problemas de corrosão-erosão bombeando lama de

cal. A bomba 343 da planta de caustificação 2 entrou em operação em 2007 e em

outubro de 2008 foi substituído o rotor por desgaste. Em março de 2009 foi

substituído rotor, espelho e voluta por desgaste e operou até novembro de 2009,

sendo substituído rotor, voluta e espelho conforme novo material fornecido pela

Metso (ANEXO 01). Em dezembro de 2010 foi feita nova inspeção na bomba e

detectado desgaste severo no rotor, espelho e voluta da bomba 343. Em janeiro de

2012 foi colocado o material ASTM A 532 CL III-A e em abril de 2012 foi detectado

desgaste no conjunto, sendo substituído pelo mesmo material em agosto de 2012.

Mesmo não tendo um resultado esperado com a aplicação do material ASTM

A 532 CL III-A, o mesmo utilizado na bomba 143, houve um ganho na vida útil da

carcaça da bomba que sofreu desgaste leve. As bombas são de projetos distintos

que resultam em performances diferentes na aplicação, no sistema de

bombeamento de lama de cal, nos fatores com NPSH – Net Positive Suction Head

(Cabeça de Sucção Líquida Positiva, em português), no diâmetro do rotor, nas RPM,

na altura manométrica e na vazão. Esses parâmetros é que influenciam diretamente

na eficiência e vida útil do equipamento.

Durante o estudo não foi identificado sintomas de cavitação que possam

influenciar no desgaste das peças, sendo o desgaste influenciado pela recirculação

devido à bomba operar muito a esquerda do ponto de melhor eficiência e pela

corrosão-erosão. A velocidade do desgaste causado pela corrosão-erosão no rotor e

voluta da bomba 343, é diretamente influenciada pela rotação da bomba. A

velocidade tem especial importância, pois normalmente a erosão é função do cubo

da velocidade. (JAMBO & FÓFANO, 2008)

Page 84: Monografia.genilson Jean 14 11 Finalizada

5 CONCLUSÃO

Em uma indústria de celulose e papel, em especial nas plantas de

caustificação, acontece, de modo geral, as mais variadas formas de corrosão. Para

melhor contenção ou controle da corrosão nos equipamentos destas plantas, vários

fatores devem ser levados em consideração para a especificação de material

adequado.

Na escolha do material para aplicação no projeto devem ser considerados o

meio corrosivo e as condições operacionais em que as bombas operarão. O fato de

uma bomba trabalhar em um mesmo produto em condições satisfatórias, não

garantiu que a mesma bomba pudesse ser aplicada em outra posição, pois existem

fatores que devem ser avaliados, fatores estes que influenciam no processo de

corrosão.

Entre os materiais aplicados na fabricação dos componentes da bomba 343

da planta de caustificação 2, em questão, pôde ser verificado que houve uma

tentativa de inibir a ação da corrosão-erosão ao modificar o percentual dos

componentes da liga aplicados no aço. Todavia, essa medida não foi efetiva no

aumento de resistência à corrosão-erosão, haja vista que esta apresentou a

necessidade de troca dos componentes em um curto espaço de tempo.

Conforme os dados comparados entre as bombas 143 da planta de

caustificação 1 e bomba 343 da planta de caustificação 2, verificou-se que outras

características afetam a vida útil de uma bomba em um processo. Em condições

contendo sólidos cáusticos em suspensão estão presentes, como exemplo, pode ser

destacado: a rotação do conjunto, a altura manométrica do processo, a velocidade

no recalque, a vazão, a NPSH, as condições de operação da bomba.

Page 85: Monografia.genilson Jean 14 11 Finalizada

83

Devido existência de sólidos em suspensão presentes no leite de cal

bombeado, quanto maior a rotação, maior será a corrosão-erosão provocada pelo

choque das partículas nos componentes internos da bomba, sendo um provável

fator que levou a bomba 343 da planta de caustificação 2 ao desgaste prematuro. A

velocidade do fluido na saída do recalque provoca um desgaste por abrasão em

especial na tubulação, devido à existência dos sólidos suspensos no leite de cal.

O rotor da bomba é a peça que mais sofre desgaste pelo fato do mesmo ser

responsável de fornecer energia cinética ao líquido bombeado. Em seguida, a peça

que sofre maior desgaste é a voluta que transforma parte desta energia cinética em

energia de pressão, sofrendo assim um maior ataque das partículas em suspensão

presente no fluido bombeado.

Portanto, para um melhor desempenho de um sistema de bombeamento de

produtos cáusticos contendo sólidos em suspensão, faz-se necessário um projeto

que utilize materiais resistentes à corrosão-erosão, associados a uma escolha do

conjunto de bombeamento com características especiais para cada necessidade.

Um bom dimensionamento do sistema de tubulação é um item relevante, pois a

velocidade alta provoca abrasão e uma velocidade baixa leva a um encrustamento

de sólidos nas paredes da tubulação. É importante que o conjunto escolhido trabalhe

com um NPSH baixo a fim de evitar cavitação no sistema. É importante também que

se tenha um inversor de frequência para controle da velocidade, que deve ser feito

quando se pretende reduzir a vazão da bomba.

Espera-se que o novo material Stainless steel 2399 (32Cr 5Ni 1.6Si 1.3C) que

não possui correspondência na norma ASTM, desenvolvido pela empresa ABS

apresente um melhor resultado. Essa liga apresenta uma maior concentração de

cromo e níquel e melhora a resistência à corrosão, além de possuir um alto teor de

Page 86: Monografia.genilson Jean 14 11 Finalizada

84

carbono que aumenta a dureza e, consequentemente, a resistência ao desgaste. O

material recomendado pela empresa Weir Minerals para o rotor e a voluta em ASTM

A536 (ferro fundido nodular) com liners de Neoprene ou rotor e voluta em ASTM

A532 CLIII TPA, conforme testes do fabricante, têm uma previsão de vida útil de

16000 (dezesseis mil) horas de operação, atendendo assim o MTBF para bombas

nestas condições. As propostas estão sendo analisadas pela Engenharia da

empresa para fase de aquisição da bomba com novo material.

Page 87: Monografia.genilson Jean 14 11 Finalizada

6 REFERÊNCIAS

ABRACO (Rio de Janeiro). Associação Brasileira de Corrosão. Disponível em: <http://www.abraco.org.br/site/>. Acesso em: 20 set. 2012.

ABS. Materials [manual]. Mucuri: s.d..

AKER KVAERNER. Datasheet for Centrifugal Pump [catálogo]. Bahia: 2006.

______. Projeto Bahia: Caustificação e Forno de Cal [planta baixa]. Bahia: 2006.

ALTIVO. Características e Aplicações. Contagem. Disponível em: <http://www.altiv o.com.br/home/Catalogo/ferro%20fundido%20branco%20ligado/Resistente%20a%20abrasao%20tipo%20FE%20III-A.html>. Acesso em 5 nov. 2012.

ARSOPI. Fundição: Ligas. Vale de Cambra. Disponível em: <http://www.arsopi.pt/pt/ fundicaoligas.html>. Acesso em 5 nov. 2012.

BRACELPA. Associação Brasileira de Celulose e Papel. Celulose. São Paulo: s.d. Disponível em: <http://www.bracelpa.org.br/bra2/?q=node/180>. Acesso em 20 de out. de 2012.

BRANCO, Renata. Mecanismos de Corrosão Por Cavitação. Disponível em <http:/ /www.manutencaoesuprimentos.com.br/conteudo/4227-mecanismo-de-corrosao-por-cavitacao/>. Acesso em: 25 out. 2012.

BRINK Jr, A, J; SHREVE, R. N. Indústrias de processos químicos. Editora Guanabara Koogan S.A, Rio de Janeiro-RJ, 717p. 2008.

CALLISTER JR., W. D. Materials science and engineering an introduction. 5.ed. New York: John Wiley & Sons, Inc, 2000.

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7 ANEXOS

7.1 ANEXO 1 – FOLHA DE DADOS DA BOMBA 343

TABELA 5 – CONDIÇÕES DE INSTALAÇÃO DA BOMBA 343

Fonte: AKER KVAERNER, 2006.

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7.2 ANEXO 2 – TELA DA PLANTA DO PDW

Figura 43 – Tela da Planta do PDWFonte: METSO, 2005.

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7.3 ANEXO 3 - CURVA DO SISTEMA DA BOMBA 343

Figura 44 – Curva do sistema da bomba 343Fonte: SULZER, 2012.

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7.4 ANEXO 4 – PROJETO DA NOVA BOMBA DA WEIR

Figura 45 – Projeto da Nova Bomba da WEIRFonte: WEIR, 2003.

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7.5 ANEXO 5 – PROJETO DA BOMBA DA SULZER

Figura 46 – Projeto da Bomba da SULZERFonte: SULZER, s.d..

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7.6 ANEXO 6 – MATERIAIS DA BOMBA ABS

Figura 47 – Materiais da Bomba ABSFonte: ABS, s.d..

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7.7 ANEXO 7 – PROJETO DA BOMBA DA ENVIROTECH

Figura 48 – Folha de Dados da Bomba Centrífuga Horizontal Fonte: ENVIROTECH, 1996.


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