Câmpus Goiânia

Departamento de Áreas Acadêmicas II

Coordenação de Química Tecnológica

Curso Superior de Tecnologia em Química Agroindustrial

Estudo de Caso de Corrosão: Corrosão nas pias das bancadas do laboratório 1 de Química do IFG

Ana Paula V. M. MaiaIara Alice de Freitas Fagundes

Maria Eugênia de Oliveira Ferreira

Goiânia, 2012.

1. Identificação do Trabalho

Título: Estudo de caso aplicado à corrosão nas pias das bancadas do Laboratório de química Analítica do Instituto Federal de Goiás- Câmpus GoiâniaAluno (s): Ana Paula V. Machado Maia, Iara Alice F. Fagundes e Maria Eugênia O. FerreiraProfessor orientador: Dra. Warde Antonieta da Fonseca-ZangLocal de execução: Laboratório de Química Analítica n° 1- IFGPeríodo do estudo: 18 a 23 de junho de 2012

2. Introdução

2.1 Objetivo geral

Estudo de caso de corrosão das pias das bancadas do laboratório de química analítica do Instituto Federal de Goiás – câmpus Goiânia

2.1 Objetivos Específicos

Caracterizar a corrosão das pias da bancadas do Laboratório de química analítica do IFG.

Diagnosticar as formas, causas e mecanismos de corrosão sofridos pelas pias do laboratório de analítica.

Propor alternativas de correção e prevenção.

2.2 Metodologia

O trabalho teve início com o levantamento de um referencial teórico feito através de pesquisas bibliográficas em períodícos da CAPES e em literatura direcionado à corrosão. Fez-se a análise do objeto e de sua localização, caracterizando o meio ambiente, avaliando

a morfologia, mecanismos, fatores mecânicos e meio corrosivo. Utilizou-se de recursos fotográficos e à partir das informações levantadas, diagnósticou-se o problema e propô-se tecnicas de reparo, manutenção e prevenção.3. Embasamento Teórico

A corrosão é um processo espontâneo, geralmente de superfície, que provoca a deterioração de um material, normalmente metálico, e que pode ocorrer por ação química ou eletroquímica do ambiente aliada ou não a esforços mecânicos, produzindo modificações estruturais nos materiais tornando-os inadequados ao uso. Apesar de estar diretamente relacionada a metais, pode atacar outros materiais tais como concreto e polímeros (GENTIL, 1996). Conhecer as formas de corrosão bem como os meios corrosivos é crucial para minimizar os seus efeitos e prolongar a vida útil dos materiais. A classificação segundo o meio permite o estudo dos mecanismos de ataque e a classificação dos tipos de corrosão, permite a avaliação dos danos causados.

A corrosão metálica pode ser classificada conforme a Tabela 1(GENTIL, 1996).

Tabela 1 - Classificações da corrosão em metais.

MORFOLOGIA

Corrosão uniforme ou generalizadaPerfurante (em placas)PiteIntergranular

MECANISMOS

GalvânicaLixiviação seletivaAeração diferencialEletrolítica ou por corrente de fugaTensão fraturante

FATORES MECÂNICOS

TensãoErosãoFadigaAtrito

MEIO CORROSIVO

AtmosféricaSoloMicroorganismosÁgua do mar

LOCALIZAÇÃO

UniformePiteTransgranularIntergranular

Os principais meios corrosivos e seus respectivos eletrólitos estão descritos a seguir bem como algumas formas de corrosão :

atmosfera: o ar contém umidade, sais em suspensão, gases industriais, poeira, etc. O eletrólito constituintes 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.

Classificação quanto às formas de corrosão Uniforme - a corrosão ocorre em toda a extensão da superfície Por placas - formam-se placas com escavações Alveolar - produz sulcos de escavações semelhantes a alvéolos (tem fundo

arredondado e são rasos) Puntiforme - ocorre formação de pontos profundos (pites) Intergranular - ocorre entre grãos Intragranular - a corrosão ocorre nos grãos Filiforme - a corrosão ocorre na forma de finos filamentos Por esfoliação - a corrosão ocorre em diferentes camadas

Nem todas as formas de corrosão são consideradas destrutivas, existe um lado benéfico e de grande importância industrial, onde cita-se como exemplo a oxidação do aço inoxidável. Os aços inoxidáveis são, basicamente, ligas de ferro-cromo que contêm, tipicamente um teor mínimo de 12% de cromo. A oxidação do aço inox forma um filme superficial de oxido de cromo (Cr2O3) que atuam como uma barreira que impede o contato entre o metal e o ambiente que o cerca, denominado película passivadora, conferindo a estes materiais uma elevada resistência à corrosão, em especial à corrosão atmosférica. Outros materiais atuam como elementos de liga, mas o cromo é mais importante e sua presença é indispensável para se conferir resistência à corrosão desejada. A película passivadora de óxido de cromo é resistente, uniforme, tem excelente aderência e plasticidade; apresentando volatilidade e solubilidade praticamente nulas. O grau de inoxidabilidade do aço depende da estabilidade dessa película, que tem uma espessura média de 0,02 micrometros; A camada passiva se autorregenera em presença de oxigênio quando, por exemplo, é danificada por um risco ou arranhão Nesses casos, esta regeneração não garante a homogeneidade da camada passiva e, em situações críticas e muito agressivas, pode se desenvolver o fenômeno de corrosão no ponto arranhado. Portanto recomenda-se cuidado extremo para a manutenção desta película.

Existem diferentes tipos de aço inoxidáveis com diversas aplicabilidades industriais devido as suas propriedades mecânicas, físicas e metalúrgicas. O aço inoxidável austenítico mais popular é o aço 304, que contém basicamente 18% de cromo e 8% de níquel, com um teor de carbono limitado a um máximo de 0,08%. Ele tem grande aplicação nas indústrias químicas, farmacêuticas, petroquímicas, do álcool, aeronáutica, naval, de arquitetura, alimentícia e de transporte. É também utilizado em talheres, baixelas, pias e revestimentos de elevadores.

Devido à mudança de estrutura promovida pela presença do níquel, os austeníticos, geralmente, tem uma melhor resistência à corrosão do que os demais aços inoxidáveis. Porém, em determinados meios, especialmente nos que contém íons cloreto, o aço inoxidável 304 mostra propensão à corrosão por pite, um tipo de corrosão altamente localizado, no qual em determinados pontos da superfície do material o meio agressivo consegue quebrar o filme passivo, progredindo a corrosão em profundidade. (CUNTO, 2005)

4. Descrição do Objeto de Estudo

Os objetos deste estudo foram as cubas das pias situadas no Laboratório n° 1 de Química Analítica do IFG, câmpus Goiânia.

Figura 2: Laboratório n° 1 - de Química Analítica

O laboratório 1, se localiza no 2° andar, bloco S-704, com área total de 49,49 m2. Possui duas portas localizadas diagonalmente uma em relação à outra e duas janelas - responsáveis pela ventilação do local; uma capela responsável pela exaustão dos vapores ácidos e demais gases tóxicos, gerados na abertura de amostras e experimentos; duas bancadas com 3,25 m2 cada, localizadas na parte central do laboratório. Cada bancada possui uma pia, de 1,40 m2, de granito e cuba de inox 304, fabricadas pela empresa Tecnocuba Indústria e Comercio Ltda – Guarulhos -SP, com as seguintes dimensões: largura 39 cm, comprimento: 49 cm e profundidade 29 cm, com válvulas constituidas de latão (liga zinco-cobre), onde são lavadas as vidrarias.

Na lateral do laboratório, junto à capela, localiza-se uma pia utilizada apenas para lavar as mãos, com cuba de aço inoxidável 304 do mesmo fabricante e com as mesmas dimensões das demais cubas, um chuveiro de emergência e um lava-olhos.

5. Estudo de Caso

5.1 Levantamento de Subsídios

5.2 – Cuba da Pia da 1ª bancada:

Foto 1: Pia da 1ª. Bancada

Descrição:Material: cuba de Aço inoxidável 304, com válvula constituída de latão (liga zinco-

cobre). A cuba apresenta o fundo arranhado, por algum tipo de abrasão ou atrito.Aspecto da película: houve um leve comprometimento da película, principalmente ao redor da válvula. Tipo de Corrosão: há presença de alguns pites espaçados entre si e poucas oxidações de coloração castanho-alaranjado – presença de Fe2O3 . H2O A corrosão da vávula aprenseta oxidação com coloração esverdeada – presença de íons Cu+ e azulada – presença de Cu2+

Possíveis Causas: Contato com resíduos de soluções químicas diversas, umidade e diferentes metais entre a válvula e a cuba.

5.3 – Cuba da Pia da 2a. bancada

Foto 2: cuba da 2ª bancada – molhada

Foto 3: foto parcial da cuba da 2ª bancada

Foto 4: Cuba da 2ª bancada – seca com papel toalha

Foto 5: Foto da Válvula da cuba – seca

Foto 6 : foto parcial da Cuba da 2ª bancada Foto 7: papel usado para secar a cuba seca com

papel toalha

Descrição :Material: Aço inoxidável 304 e válvula constituída de outro metal - latão (liga de zinco e cobre)A cuba apresenta o fundo arranhado, por algum tipo de abrasão ou atrito, permanece constantemente molhada devido a um vazamento da torneira.Aspecto da película: apresenta um comprometimento grave da película, principalmente nas laterais da cuba e ao redor da válvula de latão. Tipo de Corrosão: presença acentuada de pites aglomerados e oxidações de coloração castanho-alaranjado indicando a presença de Fe2O3. H2O. Observa-se oxidação mais acentuada em suas laterais, com maior gravidade na lateral direita. Observa-se oxidação na vávula com coloração esverdeada – presença de Cu+

Possíveis Causas: A torneira apresenta problemas de vazamento mantendo a cuba constantemente molhada. Contato com resíduos de soluções químicas diversas. Metais diferentes entre a cuba e a válvula

5.2 Etapas do Diagnóstico

Através do levantamento feito no laboratório de Química Analítica pôde-se diagnosticar os tipos de corrosão ocorridas nas cubas.

As cubas das pias são usadas para lavar vidrarias contendo resíduos diversos de soluções químicas e tiveram seu interior bastante arranhado, por atrito de algum objeto ou utilização de abrasivos para limpeza, comprometendo a película passivadora (óxido de cromo).

O aço apresenta boa resistência à corrosão e tende a formar película passivadora em contato com o ar, entretanto o rompimento da película por atrito e a exposição a meios muito agressivos, especialmente os que contém íons cloreto comprometem a passivação do aço inoxidável. Os íons cloretos penetram em alguns pontos, através dos poros ou falhas, na rede cristalina da película passivadora, ou dispersam sob forma coloidal a película formando pequenos pontos de metal ativo, que agem como anodos circundados por grandes áreas de metal passivado que agem como cátodos, dando lugar a uma diferença de potencial entre as áreas da ordem de 0,5 V (GENTIL, 1996) ocasionando corrosão por pite, ou seja, um desgaste localizado de alta intensidade com profundidade maior que o diâmetro e bordos angulosos. Metais apassivados tem uma tendência a apresentar corrosão por pites, devido ao comprometimento da película passivadora (GENTIL 1996). A cuba é constituída de aço inox e a válvula constituída de latão, que é uma liga metálica. A diferença existente entre os metais constituintes da cuba e da válvula favorecem o processo de formação de corrosão galvânica. A corrosão galvânica ocorre quando dois materiais metálicos de diferentes potenciais estão em contato em presença de um eletrólito e resulta da formação de uma pilha, promovendo um ataque localizado em um dos componentes do par. As regiões onde acontecem as reações anódica (a corrosão metálica) e catódica (redução do oxidante) são espacialmente distintas. No caso em questão o aço inoxidável, por ser um material mais nobre, se comporta como a parte catódica e a válvula constituída de latão – material menos nobre com maior poder de oxidação se comporta como a parte anódica. O latão é constituído de uma liga zinco e cobre. O cobre é catódico em relação ao zinco, mas na presença de íons CN -, o íon cuproso, Cu+ é complexado formando o complexo K3[Cu(CN)4] e o equilíbrio : Cu+ + 1e- → Cu é deslocado para a esquerda e o cobre torna-se mais ativo que o zinco. Esse fenômeno ocorre na eletrodeposição de latão. A coloração esverdeada presente na válvula denota a exposição da válvula de latão a presença de íons CN-, provenientes de substâncias presentes nos resíduos de vidrarias lavadas, possivelmente de indicadores utilizados em experimentos feitos nas aulas de corrosão, como por exemplo, o ferricianeto de potássio - Fe(CN)6 3-. Ambas as pias estão localizadas no mesmo ambiente e expostas às mesmas condições de uso, entretanto a cuba da bancada n° 2 apresentou um índice de corrosão bem mais acentuado que a pia da bancada n° 1. Durante as inspeções, foi observado um vazamento continuo na torneira da pia da bancada n° 2, o que fundamenta as causas de corrosão mais acentuada. Os pingos de água formam dentro da pia filmes de água que ficam expostos à atmosfera corrosiva do laboratório. Materiais particulados se depositam nestes filmes formando eletrólitos possibilitando o fluxo iônico entre o metal ativo – anodo e o metal passivado do aço - catodo, formando uma pilha eletroquímica – corrosão galvânica , pelo fato de a válvula ser constituída de um metal diferente da cuba ,que é agravada pela aeração diferencial promovida pelos pingos de água. A água, ao pingar da torneira constantemente, promove um arraste de ar aumentando a concentração de oxigênio no eletrólito.

Esta diferença de concentração de oxigênio faz com que a área menos aerada do eletrólito se comporte como anodo e a área mais aerada se comporte como catodo, provocando aeração diferencial e acentuando a corrosão galvânica. Na área anódica ocorre oxidação com perda de massa e na área catódica ocorre redução de oxigênio, as duas reações ocorrem simultaneamente e são independentes. O aço, quando oxidado

forma óxidos de ferro, FeO, Fe2O3 ou Fe3O4 - produto final do processo corrosivo mais conhecido como ferrugem. A ferrugem é resultante da reação entre o íon ferroso formado na área anódica e a hidroxila formada na área catódica, razão porque a sua precipitação ocorre entre as duas áreas, como consequência do encontro dos dois íons.

As reações que ocorrem na Aeração Diferencial são:

No ânodo: Fe Fe2+ + 2 e-

No cátodo: 2H2O +O20 + 4e- 4OH2-

O tipo de ferrugem presente na cuba da pia analisada tem coloração castanho alaranjada, típica do Fe2O3. H2O e formação deste composto ocorre através das seguintes reações:

Fe2+ + 2OH- Fe(OH)2

2 Fe(OH)2 + ½ O2 + H2O 2 Fe(OH)3 (Fe2O3.H2O ou FeOOH)

É um tipo de corrosão localizada e, portanto, produz ataque acentuado em determinadas regiões, ocasionando a formação de pites ou alvéolos.

5.3 Definições de Conduta

Recomenda-se como ação imediata o reparo da torneira com a troca de bucha ou substituição da torneira da pia da bancada 2, que apresentou alto índice de corrosão conforme o diagnóstico apresentado acima.

Sugere-se a troca da válvula e ralo de todas as pias por material de PVC ou de aço inoxidável , para que o processo de corrosão galvânica seja interrompido.

Como ações preventivas, recomenda-se que não seja utilizado nas pias agentes abrasivos na limpeza das mesmas, bem como seja evitado ao máximo atrito por objetos a fim de preservar a película passivadora do aço inoxidável das cubas. Recomenda-se que as cubas permaneçam secas, quando não estiverem sendo utilizadas nas aulas/experimentos.

6. Conclusão

O estudo proposto permitiu avaliar as relações existentes entre os processos corrosivos e a influência exercida pelos fatores mecânicos, o meio corrosivo, os mecanismos, morfologia da corrosão com os materiais metálicos, possibilitando a partir dos subsídios levantados e do diagnóstico propor uma conduta preventiva e corretiva para o objeto de estudo.

Através deste trabalho, pode-se concluir que a corrosão é um processo espontâneo e de difícil controle, portanto ações preventivas são o meio mais eficaz de combatê-la, prolongando-se deste modo a vida útil dos materiais metálicos evitando-se perda de matérias e gastos desnecessários com reposições dos mesmos.

A corrosão ocorrida nas cubas das pias do laboratório é a corrosão por pites – devido ao comprometimento da película passivadora do aço inoxidável e em consequência da diferença existente entre os metais da cuba e da válvula (aço inoxidável e latão), desenvolveu-se o mecanismo de corrosão galvânica ou bimetálica,

favorecida pelas condições insalubres - presença de substâncias agressivas e pelo vazamento de água da torneira com formação de eletrólitos superficiais agravada pela aeração diferencial desencadeada pelo arraste de ar promovido pela gota .

7. Referências

CUNTO, Júlio Cesar Di. Estudo Da Resistência À Corrosão De Aços Inoxidáveis Para Uso Na Parte Fria Dos Sistemas De Exaustão De Veículos. Dissertação apresentada como parte dos requisitos para obtenção do Grau de Mestre em Ciências na Área de Tecnologia Nuclear – Materiais, INSTITUTO DE PESQUISAS ENERGÉTICAS E NUCLEARES Autarquia associada à Universidade de São Paulo, 2005.

GENTIL, Vicente. Corrosão. Rio de Janeiro: Editora LTC. 3ª Edição, 1996.

PANNONI, Fábio Domingos. Princípios da Proteção de Estruturas Metálicas em Situação de Corrosão e Incêndio. 3ª Edição, 2004 – disponível em:http://www.arquitecturaenacero.org/attachments/article/22/Manual%20GERDAU Proteccion%20Corrosion%20e%20incendio.pdf – acessado em 25/06/2012.

POLITO, Giulliano. Corrosão em Estruturas de Concreto Armado: Causas, Mecanismos, Prevenção e Recuperação. Trabalho de Conclusão de curso para especialista em Avaliação e Perícia, ano 2006 – Universidade Federal de Minas Gerais