kozlik, antonio junior
TRANSCRIPT
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
1/127
UNIVERSIDADE TECNOLGICA FEDERAL DO PARAN
PR
UNIVERSIDADE TECNOLGICA FEDERAL DO PARANCAMPUS CURITIBA
GERNCIA DE PESQUISA E PS-GRADUAO
PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MECNICA
E DE MATERIAIS - PPGEM
ANTONIO KOZLIK JUNIOR
SISTEMTICA PARA ANLISE DE FALHA POR
CORROSO EM COMPONENTES MECNICOS
METLICOS
CURITIBA
MARO - 2007
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
2/127
ANTONIO KOZLIK JUNIOR
SISTEMTICA PARA ANLISE DE FALHA POR
CORROSO EM COMPONENTES MECNICOS
METLICOS
Dissertao apresentada como requisito parcial
obteno do ttulo de Mestre em Engenharia,
do Programa de Ps-Graduao em
Engenharia Mecnica e de Materiais, rea de
Concentrao em Engenharia de Materiais, da
Gerncia de Pesquisa e Ps-Graduao, do
Campus Curitiba, da UTFPR.
Orientador: Prof. Marcos Flvio de Oliveira
Schiefler Filho, Dr. Eng.
CURITIBA
MARO - 2007
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
3/127
TERMO DE APROVAO
ANTONIO KOZLIK JUNIOR
SISTEMTICA PARA ANLISE DE FALHA POR
CORROSO EM COMPONENTES MECNICOS
METLICOS
Esta Dissertao foi julgada para a obteno do ttulo de mestre em engenharia,
rea de concentrao em engenharia de materiais, e aprovada em sua forma final
pelo Programa de Ps-graduao em Engenharia Mecnica e de Materiais.
_________________________________
Prof. Neri Volpato, PhD
Coordenador do Programa
Banca Examinadora
______________________________ ______________________________
Prof. Marcos Flvio de Oliveira Prof. Haroldo de Arajo Ponte, Dr.Schiefler Filho, Dr. (UTFPR) (UFPR)
______________________________ ______________________________
Prof. Carlos Cziulik, PhD Prof. Joo Batista Floriano, Dr.
(UTFPR) (UTFPR)
Curitiba, 26 de maro de 2007
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
4/127
queles que de alguma forma contribuem
com a preservao dos recursos naturais
esgotveis.
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
5/127
AGRADECIMENTOS
minha famlia, pelo apoio e compreenso demonstrados nos muitos momentos em
que precisei me ausentar para realizar este trabalho.
Ao meu orientador, Prof. Marcos Flvio de Oliveira Schiefler Filho, por sua ateno e
por estar sempre disposio para auxiliar nesta tarefa.
Ao Prof. Csar Lcio Molitz Allenstein, colega e Diretor da Spectroscan Tecnologia
de Materiais Ltda., pelas informaes tcnicas fundamentais e pelo apoio prtico e
bibliogrfico.
Ao PPGEM UTFPR, por oportunizar os estudos que tornaram realidade estetrabalho.
Ao DAMEC UTFPR, pelo apoio e disponibilidade de recursos didticos que
tornaram possveis os estudos que levaram execuo deste trabalho.
Ao colega Julio Czar de Almeida, Engenheiro da Compags S/A, pela colaborao
na disponibilizao de dados prticos e informaes tcnicas.
Aos demais colegas que, direta ou indiretamente, contriburam com informaes eincentivos.
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
6/127
Tenha em mente que tudo o que voc
aprende na escola trabalho de muitas
geraes. Receba essa herana, honre-a,
acrescente a ela e, um dia, fielmente,
deposite-a nas mos de seus filhos.
Albert Einstein
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
7/127
KOZLIK Jr., Antonio, Sistemtica para Anlise de Falha por Corroso em
Componentes Mecnicos Metlicos, 2007, 126p. Dissertao (Mestrado em
Engenharia) - Programa de Ps-graduao em Engenharia Mecnica e de Materiais,
Universidade Tecnolgica Federal do Paran, Curitiba, 2007.
RESUMO
Uma variada gama de aspectos tcnico-econmicos relacionados com o ciclo de
vida de equipamentos e, conseqentemente, de seus componentes, exige a
utilizao de ferramentas geis que permitam diagnosticar - de forma rpida, segura
e economicamente vivel - as causas de falhas em servio. Como a grande maioria
dos componentes mecnicos construda em metais, um modo de falha bastante
comum est relacionado com processos de corroso, os quais, em alguns casos,
determinam a vida til dos mesmos. Adicionalmente, a avaliao das causas que
levam um componente a falhar , freqentemente, realizada de maneira subjetiva e
depende do conhecimento prtico e da experincia do prprio avaliador. A
metodologia adotada neste trabalho baseado na hiptese: O uso de ferramentas
consagradas na manuteno (TFA, FMA, FMEA, TPR, Diagrama de Causa e Efeito,
entre outros), aliado a uma classificao e estratificao dos modos de ataque
corrosivo em metais, permite a proposio de uma sistemtica que auxilia no estudo
da causa da falha por corroso. A anlise cuidadosa de diversos estudos de casos
permitiu a observao de aes semelhantes durante a etapa de diagnstico. As
principais aes foram associadas a uma metodologia de anlise de falha j
conhecida. Adicionalmente, diversos casos prticos foram examinados, permitindo
verificar a consistncia da sistemtica proposta. Para isso, descrito um novo
modelo que abrange uma seqncia ordenada de aes visando anlise dascausas potenciais de falha por corroso. Ensaios preliminares aplicando-se o
modelo a um grupo de estudantes indicam que o processo de identificao da causa
potencial de falha por corroso pode ser melhor conduzido, economizando tempo e
permitindo comparar os resultados com aqueles fornecidos por consultores
experientes.
Palavras-chave: anlise de falha, falha por corroso, ferramentas de manuteno,
sistemtica de anlise.
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
8/127
KOZLIK Jr., Antonio, A Systematic for Corrosion Failure Analysis of Metallic
Mechanical Components, 2007, 126p. Dissertao (Mestrado em Engenharia) -
Programa de Ps-graduao em Engenharia Mecnica e de Materiais, Universidade
Tecnolgica Federal do Paran, Curitiba, 2007.
ABSTRACT
A diversity of technical and economical features related to the life cycle of
equipments, and consequently, of their parts, demands the utilization of agile tools
that allow to diagnose the causes of failure in service, in a safe, fast and low cost
way. As the majority of mechanical components is manufactured from metals, it is
very common to occur failure by corrosion processes, which in several cases define
their service life. In addition, the assessment of the causes of failure is frequently
conducted in a subjective mode and depends on the practical knowledge and
experience of the professional involved. The methodology proposed in this work is
based on the following hypothesis: The use of successful tools in maintenance (TFA,
FMA, FMEA, TPR, Cause and Effect Diagram, and so on), associated to a
classification and stratification of the corrosive attack ways in metals, allow the
proposition of a systematic approach to support the study of the corrosion failure
causes. The careful analysis of several cases allowed the observation of similar
actions during the stage of diagnostic. The main actions have been aggregated to a
well-known failure analysis methodology. Additionally, several practical cases have
been examined, allowing to verify the consistency of the aimed framework. From that,
a novel model that encompasses a sequence of ordinate actions for analyzing the
potential causes of failure, considering corrosion, is described. A preliminary test of
the model with a group of students indicates that the identification of potential causeof failure by corrosion is better conducted, saving time and mapping the results with
those from experienced consultants.
Keywords: failure analysis; failure by corrosion; maintenance tools; systematic of
analysis.
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
9/127
SUMRIO
1. INTRODUO E OBJETIVOS .............................................................................14
1.1.Caracterizao do Problema.................................................................................141.2.Metodologia Adotada ............................................................................................ 161.3.Objetivos...............................................................................................................171.4.Organizao do Trabalho......................................................................................182. REVISO BIBLIOGRFICA..................................................................................192.1.O Contexto do Estudo da Manuteno ................................................................. 192.1.1. Anlise de rvore de Falhas (TFA, Tree Fault Analysis) ..................................192.1.2. Anlise do Modo e Efeito da Falha (FMEA, Failure Mode and Effect
Analysis) ...............................................................................................................21
2.1.3.
Diagrama de Causa e Efeito.............................................................................21
2.1.4. Tabulao do Modo de Falha (FMA, Failure Mode Assessment) .....................242.1.5. Plano Tcnico para Resoluo (TPR, Technical Plan for Resolution)..............242.2.O Contexto do Estudo da Corroso......................................................................262.2.1. Processo Qumico ............................................................................................ 272.2.2. Processo Eletroqumico....................................................................................272.2.3. Caracterizao da Regio Andica ..................................................................272.2.3.1. Classificao Segundo a Morfologia ..............................................................282.2.3.2. Classificao de Graus de Corroso de Acordo Com a Norma N-2260.........302.2.3.3. Padres Fotogrficos Para Avaliao de Formas de Deteriorao de
Acordo Com a Norma N-2561 da Petrobrs ......................................................... 322.2.4. Caracterizao do Ctodo ou Regio Catdica ................................................ 322.2.5. Caracterizao da Formao da Pilha ..............................................................352.2.5.1. A Equao de Nerst .......................................................................................362.2.5.2. Pilha de Eletrodos Diferentes.........................................................................402.2.5.3. Pilha Ativa-Passiva.........................................................................................422.2.5.4. Pilha de Ao Local........................................................................................422.2.5.5. Pilha de Concentrao Inica Diferencial.......................................................432.2.5.6. Pilha de Aerao Diferencial ..........................................................................44
2.2.5.7. Pilha Eletroltica..............................................................................................472.2.5.8. Pilha de Temperaturas Diferentes..................................................................482.2.6. Caracterizao do Eletrlito ou Meio Corrosivo ................................................ 492.2.6.1. Corroso Pela Atmosfera ............................................................................... 492.2.6.2. Corroso Pelas guas....................................................................................552.2.6.3. Corroso Pelo Solo ........................................................................................582.2.6.4. Corroso Por Produtos Qumicos...................................................................612.2.6.5. Meios Corrosivos a Altas Temperaturas.........................................................612.2.7. Fatores Que Contribuem Com o Processo Corrosivo ....................................... 632.3.A Metodologia de Dennies....................................................................................64
2.3.1. Os Quatro Passos Para A Soluo de Um Problema ....................................... 64
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
10/127
2.3.2. Os Nove Passos Para A Anlise da Falha Segundo Dennies [1]......................642.3.2.1. Entender e Negociar as Metas da Anlise ..................................................... 642.3.2.2. Obter Claro Entendimento da Falha...............................................................652.3.2.3. Objetividade e Clareza ao Identificar Todas as Causas-Raiz Possveis ........ 662.3.2.4. Avaliar Objetivamente a Probabilidade de Cada Causa-Raiz ........................ 662.3.2.5. Atuar na Causa-Raiz Mais Provvel...............................................................672.3.2.6. Identificar Claramente Todas as Aes Corretivas Possveis ........................ 682.3.2.7. Avaliar Objetivamente Cada Ao Corretiva .................................................. 682.3.2.8. Selecionar as Melhores Aes Corretivas......................................................682.3.2.9. Avaliar a Efetividade das Aes Corretivas....................................................683. TCNICA PROPOSTA............................................................................................ 693.1. O que normalmente executado em uma Anlise de Falha por Corroso..........70 3.1.1. Determinao do Nmero de Casos Verificados...............................................70
3.1.2. Casos de Anlise de Falha por Corroso..........................................................703.1.2.1. Anlise de Caso 1 .......................................................................................... 703.1.2.2. Anlise de Caso 2 .......................................................................................... 773.1.2.3. Anlise de Caso 3 .......................................................................................... 823.1.3. O Que Foi Executado em Outras Anlises de Falhas ....................................... 863.1.3.1. Estudos de Casos Selecionados....................................................................873.1.4. Determinao das Aes Mais Comuns em Anlise de Falha Por Corroso....913.2. Como Gerar Uma Seqncia Lgica Para Executar as Aes de Anlise...........913.2.1. Construo da rvore de Falha Primria (ou Bsica) Para Casos de
Corroso Eletroqumica ........................................................................................923.2.1.1. Informaes Referentes ao nodo.................................................................923.2.1.2. Dados Inerentes ao Tipo de Pilha .................................................................. 923.2.1.3. Dados Inerentes ao Ctodo............................................................................933.2.1.4. Dados Inerentes ao Eletrlito .........................................................................933.2.2. Construo da rvore de Falhas Secundria....................................................933.2.3. rvore de Falha Terciria..................................................................................943.2.4. Check Listde Anlise........................................................................................974. APLICAO DA TCNICA .....................................................................................984.1. Casos de Anlise de Falha Por Corroso de Acordo Com a Tcnica .................. 98
5. CONCLUSES E TRABALHOS FUTUROS.........................................................1065.1. Concluses.........................................................................................................1065.2. Trabalhos Futuros ..............................................................................................1066. REFERNCIAS.....................................................................................................107ANEXO I....................................................................................................................113
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
11/127
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Exemplo de TFA [4]....................................................................................20
Figura 2 Exemplo de FMEA [6]. ............................................................................... 22Figura 3 Exemplo de Diagrama de Causa e Efeito [7]. ............................................ 22Figura 4 Exemplo de FMA [1]...................................................................................24Figura 5 Exemplo de TPR [1]. ..................................................................................25Figura 6 Corroso Generalizada Fundo de Tanque Material: ASTM A 283 Gr.
C [17]. ................................................................................................................... 28Figura 7 Sobre espessura de corroso Foto referencial para a classificao de
Corroso - Material: ASTM A 385 Gr [17]. ............................................................31Figura 8 Corroso Tipo I Material: ASTM A 285 Gr. [17]....................................31Figura 9 Corroso Tipo II Material: ASTM A 285 Gr [17]....................................32Figura 10 Corroso Tipo III Material: A 285 Gr [17]............................................32Figura 11 Pilha de Eletrodos Diferentes [19]............................................................41Figura 12 Pilha Ativa-Passiva [19]............................................................................43Figura 13 Pilha de Ao Local [19]...........................................................................43Figura 14 Pilha de Concentrao Inica Diferencial [19]..........................................44Figura 15 Clula de Aerao Diferencial [19]...........................................................45Figura 16 - Corroso Por Corrente de Fuga [19].........................................................47Figura 17 - Vela Coletora de Cloretos e Suporte da Vela [23].....................................54 Figura 18 - Fotos da Vela Coletora de Sulfatos (a) e do Suporte da Vela (b) [23]. ..... 55
Figura 19 Fluxograma da Anlise de Falha [1].........................................................69Figura 20 - Fotografia 01 - Fita Adesiva [26]. .............................................................. 71Figura 21 - Fotografia 02 Tubo [26]..........................................................................71Figura 22 - Fotografia 03 - Amostra S-8817 Chapa [26]. ......................................... 72Figura 23 - Fotografia 04 - Depsito de Material entre Chapa e Tubo [26]. ................ 75Figura 24 - Fotografia 05 - Corroso Ocorrida no Tubo [26]. ...................................... 75Figura 25 Ampliao do Trecho do Tubo [12]. ......................................................... 80Figura 26 Trinca Transgranular (Ampliada 206 X). .................................................. 81Figura 27 Pite na Solda [27].....................................................................................84
Figura 28 Pite nas Adjacncias da Solda [27]..........................................................84Figura 29 Metalografia [27].......................................................................................85Figura 30 Fluxograma Bsico...................................................................................94Figura 31 - Exemplo de Construo de Uma rvore de Falhas Primria (ou
Bsica)..................................................................................................................95Figura 32 Exemplo de Construo da rvore de Falhas Secundria.......................96Figura 33 - Foto do Sistema [52]................................................................................. 98Figura 35 - Roda de Liga de Alumnio Corroda [53].................................................101
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
12/127
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Simbologia Utilizada na Construo da rvore de Falha [5]. ..................... 20
Tabela 2 Srie Eletromotriz Potencial Padro de Reduo E0 a 25C [16]. ..........34Tabela 3 - Srie Galvnica de Materiais Metlicos na gua do Mar [12]. ................... 35Tabela 4 - Quadro-Resumo da Corroso por Aerao Diferencial Considerando a
Reduo de Oxignio como a Principal Reao Catdica [11].............................46Tabela 5 - Categorias de Corrosividade Atmosfrica [20]. .......................................... 52Tabela 6 Composio da gua do Mar (gramas por litro de gua) [12]. .................. 58Tabela 7 Grau de Agressividade do Solo em Relao Resistividade [24].............61Tabela 8 Classificao dos Solos em Funo do Potencial Redox [11]...................61Tabela 9 Amostra S-8816: Tubo 6,4 mm..............................................................73
Tabela 10 Elementos encontrados aps anlise XPS (% em massa)......................74 Tabela 11 Peso das Aes na Anlise.....................................................................87Tabela 12 Quadro Resumo das Principais Aes em Anlise de Falha. ................. 90Tabela 13 Check List................................................................................................97
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
13/127
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
TFA - Tree Fault Analysis
FMEA - Failure Mode and Effects AnalysisFMA - Failure Mode AssessmentTPR - Technical Plan for ResolutionSCC - Stress Corrosion CrackingASTM -American Society for Testing and MaterialsAPI -American Petroleum InstituteAISI -American Iron and Steel InstituteISO - International for Standardization OrganizationASA -American Standard AssociationpH - Potential HidrogeninicoNBR - Norma BrasileiraABNT -Associao Brasileira de Normas Tcnicasppm - Partes por milhoCCA - Corrective Action AssessmentTPE - Technical Plan for EvaluationESCA - Electron Spectroscopy for Chemical AnalysisXPS -X-ray PhotoelectronASME -American Society of Mechanical EngineersSAE - Society of Automotive EngineersMEV - Microscopia Eletrnica de VarreduraASM -American Society of Materials
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
14/127
LISTA DE SMBOLOS
a - Atividade
Az+Me - Atividade do metalq - Carga eltricacm - CentmetroK - Constante de equilbrio numa reaoF - Constante de FaradayR - Constante universal dos gases - Diferena de potencial eltricoeV - Eletrovolt - Energia livre eletroqumicaG0 - Energia livre padroG - Energia livre qumicaOC - Grau Celciusz - onK - Kelvinln - Logartimo neperianolog - Logartimo decimalMe - Metalm - Metrom2 - Metro quadradom3 - Metro cbicog - Micrograma
mg - Miligramamm - MilmetromV - Milivoltn - Nmero de eltrons transferidosE0 - Potencial padroE0e - Potencial padro de equilbrioEh - Potencial redoxQ - Quociente da reao qumicaT - Temperatura - Somatrio - Ohm
-
Dimetro
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
15/127
14
1. INTRODUO E OBJETIVOS
1.1. Caracterizao do Problema
Atualmente, muitos aspectos tcnico-econmicos relativos ao ciclo de vida de
equipamentos e, conseqentemente, de seus componentes, evidenciam a
necessidade de se dispor de ferramentas que permitam diagnosticar de forma
rpida, precisa e economicamente vivel, a causa que os levou a deixar de exercer
satisfatoriamente a sua funo.
Uma srie de fatores pode levar um componente de um sistema a falhar em servio,
podendo ser citados [1]:
a) erro de projeto;
b) erro de montagem;
c) uso inadequado;
d) incompatibilidade com o meio;
e) processo de fabricao inadequado;
f) manuteno incorreta.
oportuno salientar que muitos componentes mecnicos metlicos acabam tendo
como fator preponderante de sua falha alguma forma de corroso metlica, podendo
esta, em determinados casos, determinar a vida til dos mesmos. Entretanto, a
avaliao da causa que levou um componente a falhar, em conseqncia da
corroso, feita, muitas vezes, de forma subjetiva e depende do conhecimento
prtico e da experincia do prprio avaliador. Alm disso, uma parte considerveldas anlises torna-se invivel economicamente devido a razes como:
a) escassez de profissionais com o conhecimento especfico para execut-la;
b) exigncia de facilidades laboratoriais especiais;
c) tempo de anlise relativamente longo, pois normalmente no se segue uma
seqncia pr-definida para as diversas etapas necessrias.
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
16/127
15
Segundo Xenos [2],o que se observa no dia-a-dia das empresas uma anlise de
falhas deficiente e uma nfase excessiva em somente consertar o que quebrou, ou
seja, o mais comum ainda ver o pessoal da manuteno limitando-se a remover
sintomas, sem tempo para utilizar mtodos eficazes de anlise de falhas. Lafraia [3]
tambm comenta que, na prtica, as companhias de operao no do ateno
suficiente para relatrios e anlises de falhas e que muitos programas de
manuteno trabalham com a sndrome operao/falha/conserto. O mesmo autor
enaltece que, por outro lado, os relatrios de falhas so importantes por produzir
informaes que podem ser utilizadas na anlise de confiabilidade de peas e
componentes. Esta anlise permite que um componente tenha sua capacidade de
produo e vida til otimizadas, evitando quedas de produo, custosdesnecessrios e garantindo operaes seguras.
Componentes mecnicos apresentam normalmente trs fases de taxa de falha1 [3]:
a) a primeira fase tambm chamada de mortalidade infantil e caracterizada pela
ocorrncia de falhas prematuras. Nesta fase, a taxa de falha decrescente e tem
como origem fatores de adaptao do componente ao sistema em que inserido
(por ex., amaciamento insuficiente de um mancal);
b) na segunda fase, o perodo de vida til caracterizado por taxa de falha
constante e, devido a isso, a aplicao de conceitos de confiabilidade na
manuteno adequada durante a mesma;
c) na terceira fase, chamada de perodo de desgaste, a taxa de falha passa a ser
crescente.
Verifica-se, portanto, que na abordagem da manuteno, h a necessidade de
orientaes para se tratar da falha por corroso, pois, para situaes em que a taxa
de falha no constante (primeira e terceira fases), no adequado se adotar a
teoria da confiabilidade.
1 Taxa de falha a relao entre o nmero de vezes que um componente falhou num intervalo detempo considerado. comum se medir a taxa de falhas para se tentar evitar que um componentechegue ao perodo de falhas por desgaste. A falha por corroso, juntamente com o desgaste e afadiga, classificada como pertencente terceira fase [3].
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
17/127
16
1.2. Metodologia Adotada
Considerando o exposto anteriormente, partiu-se para a identificao de hipteses
que pudessem apontar as direes a serem tomadas para o desenvolvimento de
uma tcnica de anlise. No presente trabalho a seguinte hiptese foi considerada:
O uso de ferramentas consagradas na manuteno (TFA, FMEA, FMA, TPR,
Diagrama de Causa e Efeito), aliado a uma classificao e estratificao dos modos
de ataques corrosivos em ao, permite a proposio de uma sistemtica que auxilie
na investigao da causa da falha por corroso.
A metodologia proposta para a avaliao desta hiptese foi a seguinte:
a) estudou-se um determinado nmero de casos prticos e casos clssicos
disponveis na literatura, nos quais componentes mecnicos metlicos falharam com
a participao significativa de alguma forma de corroso metlica;
b) a rotina de anlise em campo e/ou em laboratrio para cada um desses casos foi
cuidadosamente observada e comparada;
c) foram selecionadas as aes mais comumente aplicadas nos diversos casos.
Nesta etapa, cada fase de anlise pode envolver:
c1) dados de montagem;
c2) dados de projeto;
c3) coleta da amostra;
c4) exame visual;
c5) exame fratogrfico;
c6) anlises qumicas;
c7) determinao das propriedades mecnicas;
c8) exame macroscpico;
c9) exame microscpico;
c10) exame microscpico de alta ampliao.
d) classificou-se, dentre os tipos de corroso verificados, aqueles que apresentaram
maior correlao com a corroso metlica na indstria metal-mecnica;
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
18/127
17
e) as principais aes foram estratificadas, possibilitando a formao de nveis de
clulas para a construo de rvores de falhas;
f) a sistemtica foi aplicada por estudantes de engenharia2 em casos conhecidos de
falhas por corroso, com o objetivo de que os mesmos verificassem a potencialidade
da tcnica proposta no levantamento da causa da falha (ou dano), apesar da pouca
ou nenhuma experincia no assunto.
1.3. Objetivos
Com base no exposto anteriormente, pretendeu-se chegar s seguintes
contribuies:
a) agregar literatura uma sistemtica que auxilie na avaliao da causa de falha
quando constatado, a priori, que a corroso metlica est presente no processo;
b) definir ferramentas que permitam profissionais com pouca, ou relativa experincia
prtica no assunto, executar a pr-avaliao de falhas por corroso, possibilitando,
assim, reduzir o custo de muitas formas de avaliao;
c) aumentar o ciclo de vida de componentes mecnicos produzidos em metais, uma
vez que se dispondo de uma sistemtica de avaliao, esta poder ser utilizada em
carter preventivo como, por exemplo, na etapa de seleo de materiais;
d) propiciar intervenes de reparo mais simples e rpidas, o que demandar menos
tempo de manuteno em equipamentos que apresentarem falhas, no tocante ao
restabelecimento dos mesmos a sua condio funcional;
e) definir critrios de manuteno preventiva;
f) reduzir riscos de erro de diagnsticos de falhas;
e) contribuir para um dia-a-dia mais seguro do profissional de manuteno.
2Curso de Engenharia Industrial Mecnica do Campus Curitiba da UTFPR, 8 perodo.
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
19/127
18
1.4. Organizao do Trabalho
O Captulo 2, relativo Reviso Bibliogrfica, dividido em trs partes, que se
consideradas simultaneamente, j indicam a proposta do trabalho. No Contexto da
Manuteno so apresentadas as principais ferramentas utilizadas na manuteno,
que tambm so sugeridas por Dennies [1] para se elaborar uma anlise de falhas.
No Contexto do Estudo da Corroso so apresentadas definies e caracterizados
os tipos principais de formao de pilhas eletroqumicas, o que permite a
identificao de regies andicas e catdicas, alm de serem apresentados os
principais meios corrosivos. Buscou-se organizar as variveis hierarquicamente, j
prevendo como estas devem ser arranjadas na construo das chamadas rvores
de falhas, ferramentas fundamentais no contexto deste trabalho. Neste item
apresentada ainda uma forma de caracterizao da regio andica pela tcnica de
comparao com padres visuais, como etapa do processo de anlise e no como
critrio nico para se chegar a uma concluso. A Metodologia de Dennies,
apresentada na seqncia, uma metodologia de anlise de falhas que se mostrou
adequada e de boa aplicabilidade ao assunto aqui tratado. Composta por nove
passos, o presente trabalho estar concentrado no terceiro deles, denominado
Objetividade e Clareza ao Identificar Todas as Causas-Raiz Possveis.
O Captulo 3 contempla os critrios que permitem responder aos questionamentos o
que e como executar a anlise de falhas tendo, como subsdios as variveis de
processos corrosivos reunidas no item Contexto do Estudo da Corroso (Captulo 2).
No Captulo 4 a sistemtica proposta aplicada a casos prticos e so apresentados
trs relatrios elaborados de acordo com a mesma.
No Captulo 5 so apresentadas concluses e sugestes para trabalhos futuros.
Por sua vez, o Captulo 6 rene as referncias consultadas.
Finalmente, o Anexo I apresenta, na ntegra, a Norma N-2561 da Petrobrs (padres
fotogrficos para avaliao de formas de deteriorao).
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
20/127
19
2. REVISO BIBLIOGRFICA
2.1. O Contexto do Estudo da Manuteno
A bibliografia sobre a prtica de manuteno apresenta sugestes, roteiros e
tcnicas para se chegar origem de uma falha, podendo-se enumerar como
principais as seguintes ferramentas.
2.1.1. Anlise de rvore de Falhas (TFA, Tree Fault Analysis)
A Anlise de rvore de Falhas (Figura 1) [4] pode ter uma abordagem do tipo
qualitativa ou quantitativa. Na primeira, o objetivo pode ser determinar as causas
bsicas de um evento ou a seqncia que levou ao mesmo. Na segunda, busca-se
estabelecer a probabilidade de ocorrncia do evento [3].
De acordo com Klingelfus [5], a anlise de um sistema por rvore de falhas consiste
na construo de um diagrama lgico, atravs de um processo dedutivo, que
partindo de um evento indesejado pr-definido (normalmente um determinado modo
de falha de um sistema), busca as possveis causas de tal evento. O processo segueinvestigando as sucessivas combinaes de falhas dos componentes at atingir as
chamadas falhas bsicas (ou eventos bsicos), as quais constituem o limite de
resoluo da anlise. O evento indesejado comumente chamado de evento topo
da rvore.
Portanto, o conceito fundamental da anlise por rvores de falhas consiste na
traduo de um sistema fsico em um diagrama lgico estruturado, no qual certas
causas especficas conduzem a um evento topo de interesse. Esse diagrama lgico construdo usando-se os smbolos lgicos e de eventos mostrados na Tabela 1 [5].
Importantes informaes qualitativas podem ser obtidas de uma rvore de falhas por
meio da determinao dos seus cortes mnimos, que so conjuntos mnimos de
eventos bsicos cuja ocorrncia simultnea implica, por sua vez, na ocorrncia do
evento topo. Um corte mnimo formado por um nico evento bsico (corte mnimo de
primeira ordem) significa que a ocorrncia de um nico evento bsico pode causar a
falha do sistema. Este fato pode ser, por si s, uma indicao importante, caso se
refira a um sistema do qual se requer alta confiabilidade [3-5].
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
21/127
20
Figura 1 Exemplo de TFA [4].
Tabela 1 - Simbologia Utilizada na Construo da rvore de Falha [5].
Porto E
Evento de sada.
Ocorre se todos os
eventos de entradaocorrem.
Porto OU
Evento de sada. Ocorre
se pelo menos um dos
eventos de entradaocorre.
Evento Intermedirio (Retngulo)
Evento que resulta da combinao de
eventos de falha atravs do porto
lgico de entrada.
Evento Bsico (Crculo)
Evento de falha bsico que no
requer desenvolvimento
posterior. Dados de falhadisponveis.
E OU variveis =
A avaliao quantitativa da probabilidade de ocorrncia do evento topo pode ser
feita atravs das regras bsicas de quantificao dos portes lgicos E e OU,
conforme descrito a seguir [3, 5]:
a) Para um porto E com dois eventos bsicos, tem-se:
P(T) = P(1) . P(2) (1)
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
22/127
21
A probabilidade de ocorrncia do evento topo igual ao produto entre a
probabilidade do evento 1 e a probabilidade do evento 2.
b) Para um porto OU com dois eventos bsicos, tem-se:
P(T) = P(1) + P(2) P(1) . P(2) (2)
A probabilidade de ocorrncia do evento topo igual probabilidade do evento 1
mais a probabilidade do evento 2 menos o produto entre a probabilidade do evento 1
e a probabilidade do evento 2.
2.1.2. Anlise do Modo e Efeito da Falha (FMEA, Failure Mode and Effect
Analysis)
uma tcnica indutiva estruturada e lgica para identificar e/ou antecipar as causas
e efeitos de cada modo de falha de um sistema ou produto. A anlise resulta em
aes corretivas, classificadas de acordo com sua criticidade, para eliminar ou
compensar os modos de falhas e seus efeitos. A FMEA pode tambm ser utilizadacomo ferramenta de comunicao para identificar a importncia das caractersticas
do produto e do processo, suas funes e os efeitos das falhas [3]. Um exemplo
desta tcnica mostrado na Figura 2 [6].
2.1.3. Diagrama de Causa e Efeito
Tambm conhecido como diagrama espinha de peixe, principalmente usado em
reunies de trabalho para estudar as causas identificadas nas discusses originadas
durante essas reunies (Figura 3) [7].
Este diagrama, originalmente proposto por Kaoru Ishikawa na dcada de 60, j foi
bastante utilizado em ambientes industriais para a localizao de causas de
disperso de qualidade no produto e no processo de produo [7]. Ele uma
ferramenta grfica utilizada para explorar e representar opinies a respeito de fontes
de variaes em qualidade de processo, mas que pode perfeitamente ser utilizada
para a anlise de problemas organizacionais genricos. A utilizao deste diagrama
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
23/127
22
indicada em situaes onde existe um efeito indesejvel bem localizado e de
consenso entre os elementos envolvidos na anlise [7].
Pea/Componentes: - Elemento de Aquecimento
- Medidor de Potncia
Ano do Modelo: 1994
Lanamento Previsto do Produto: 06/dez/1994
Fornecedor Externo: Sim No
Eng. do Subsistema: Hishern
Eng. do Sistema: Braunemm
Data do FMEA:
Original: 07/11/94
Revisado: 20/11/94
Cdigo de
Identifi-
cao
Nome
N
Funo Modo de
Falha
Efeito S
E
V
O
C
O
Causa D
E
T
R
P
N
Aes
Recomen-
dadas
Situao
Atual
S05 Elem. de
Aquecimen
-to
Aquecer o
Ar
1. Elemento
quebrado
Ar quente
no sai
4 3 Choque
fsico
1 12
S06 Medidor
da Potncia
Variar
tempera-
tura e curso
de ar
1. Medidor de
Potncia
Falha
Tempera-
tura e
curso do ar
constan-
tes
5 1 Sobrecarga
Maior tempo
de operao
5 25 Recomenda-
es
finalizadas
em 20/11/94
Aprovaes:Gerente de Projeto: M. Schail Ahmed
Supervisor de Confiabilidade: S. Asif All
DET=DetecoRPN=ndice da Prioridade de Risco
OCO=Ocorrncia
SEV=Severidade
De acordo:Contr. de Qualidade do Staff:
Contr. de Qualidade da Fbrica:
Figura 2 Exemplo de FMEA [6].
Figura 3 Exemplo de Diagrama de Causa e Efeito [7].
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
24/127
23
Adicionalmente, um diagrama de causa e efeito til para a identificao de
direcionadores que potencialmente levam ao efeito indesejvel. Ele uma
ferramenta analtica que, adotada por um grupo de projeto, parte de um "problema
de interesse" e possibilita a ocorrncia de um "brainstorming" visando identificar as
causas possveis para o problema.
No entanto, entende-se que o conceito de causa-raiz3 no propriamente expresso
no Diagrama de Causa e Efeito, pois o Diagrama de Ishikawa uma ferramenta
poderosa para a identificao dos direcionadores que potencialmente causam os
efeitos indesejveis. Estes direcionadores, por sua vez, tambm podem ser
originados por outras causas-raiz [7].
Sendo assim, o diagrama de Ishikawa conduz a uma diversidade de causas, sem
estabelecer exatamente quais as razes do problema. Ele apresenta como pontos
fortes [7]:
a) uma boa ferramenta de levantamento de direcionadores;
b) uma boa ferramenta de comunicao;
c) estabelece a relao entre o efeito e suas causas;
d) possibilita um detalhamento dessas causas.
Mas, tambm apresenta os seguintes pontos fracos [7]:
a) no apresenta os eventuais relacionamentos entre as diferentes causas;
b) no focaliza necessariamente as causas que devem efetivamente ser atacadas.
Desta forma, para sanar esses pontos fracos, sugerida a utilizao combinada do
Diagrama de Ishikawa com uma ferramenta de focalizao, como a rvore de Falhas
[7].
3 Causa-raiz a causa que quando identificada faz com que um problema passe a ser um erroconhecido.
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
25/127
24
2.1.4. Tabulao do Modo de Falha (FMA, Failure Mode Assessment)
uma planilha eletrnica onde so relacionadas todas as possveis causas-raiz da
falha, tendo como objetivo definir qual a causa mais provvel (Figura 4) [1].
N Potencial Causa Raiz Probabilidade Prioridade Razo
1 Processo de bombeamento de
gua deficiente
1A Vedao da bomba danificada Provvel 1 Em inspeo visual detectaram-se
vazamentos de gua
O consumo de gua est alm do
normal
1A1 Folga nos mancais do eixo da
bomba
Improvvel 3 Os mancais no apresentam rudo
nem emisso sonora anormal
1A2 Rotor da bomba desbalanceado Improvvel 3 Idem 1A1
1B Perda de carga excessiva na
tubulao de recalque
Provvel 1 A tubulao longa apresenta
caractersticas de corroso
1B1 Incrustaes na tubulao de
recalque
Provvel 1 H indcios de corroso nas conexes
da tubulao
1B2 Tubulao sub-dimensionada Improvvel 3 O projeto est conforme
1C gua contendo impurezas Improvvel 3 A anlise da gua est satisfatria
1D Perda de carga na tubulao de
suco
Provvel 1 Tubulao danificada externamente
1D1 Incrustaes na tubulao de
suco
Provvel 1 Idem 1B1
1D2 Tubulao sub-dimensionada Improvvel 3 Idem 1B2
Figura 4 Exemplo de FMA [1].
2.1.5. Plano Tcnico para Resoluo (TPR, Technical Plan for Resolution)
Tambm de acordo com Dennies [1], o Plano Tcnico para Resoluo (TPR) uma
planilha eletrnica montada em um programa a partir da Tabulao do Modo de
Falha (FMA), na qual so adicionadas a esta mais quatro colunas, a saber:
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
26/127
25
abordagem tcnica para resoluo, quem executar, quando executar, resultados
esperados (Figura 5).
As cinco ferramentas citadas nesta seo podem ser utilizadas, portanto, para
analisar a causa de uma falha por corroso. Uma situao ainda mais favorvel
pode ser obtida quando as mesmas so associadas a uma classificao de danos
por corroso, tendo-se em vista que a anlise de falha para casos especficos de
corroso pouco privilegiada pela literatura tcnica sobre manuteno.
N Potencial causa raiz Priori-
dade
Tcnica de resoluo Quem? Quando? Resultado
1 Processo de Bombeamento
de gua deficiente
1A Vedao da bomba
danificada
1 Substituir vedao Pessoal de
Manuteno
Corretiva
03/06/2005 Vazamento
estanque.
1A1 Folga nos mancais do eixo
da bomba
3
1A2 Rotor da bomba
desbalanceado
3
1B Perda de carga excessivana tubulao de recalque
1 Substituir trechos comincrustaes da
tubulao
Equipe deinstalaes
05/06/2005 Melhoria dofluxo de gua
1B1 Incrustaes na tubulao
de recalque
1 Substituir material das
conexes. Usar material
com estabilidade
eletroqumica compatvel
com a tubulao
Equipe de
compras e
equipe de
instalaes
05/06/2005 Evitar
corroso
galvnica
1B2 Tubulao sub-
dimensionada
3
1C gua contendo impurezas 3
1D Perda de carga na
tubulao de suco
1 Idem 1B Idem 1B Idem 1B Idem 1B
1D1 Incrustaes na tubulao
de suco
1 Idem 1B1 Idem 1B1 Idem 1B1 Idem 1B1
1D2 Tubulao sub-
dimensionada
3
Figura 5 Exemplo de TPR [1].
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
27/127
26
2.2. O Contexto do Estudo da Corroso
Genericamente falando, a corroso um fenmeno de interface irreversvel, que
provoca a transformao de um metal atravs de sua interao qumica ou
eletroqumica com o meio em que se encontra, podendo estar ou no aliada a
esforos mecnicos e ainda ser induzida pela presena de bactrias [8-10].
Esquematicamente, tem-se a seguinte reao:
Formas clssicas de conceituar corroso metlica incluem muitas vezes os termos
inutilizao ou destruio do metal. Na conceituao aqui apresentada, o termo
transformao do metal foi intencionalmente empregado, acatando o argumento de
que nem sempre a corroso um fenmeno danoso ou indesejvel [11-13].
Sistemas de proteo catdica (usando materiais de sacrifcio, como o zinco),
tcnicas de revelao metalogrfica e processos de gravao em metais (utilizando
reagentes qumicos) so exemplos do uso benfico da corroso. Da mesma forma, a
corrente gerada nas pilhas e baterias no recarregveis resulta de processos de
corroso [10].
Conforme a Reao (3), a corroso est relacionada a interaes do tipo qumica ou
eletroqumica entre o metal e o meio, as quais provocam reaes homnimas
(reaes de oxi-reduo). Reaes qumicas so importantes para o desgaste de
materiais cermicos [8, 14], enquanto reaes eletroqumicas so responsveis por
praticamente todos os processos de corroso metlica em solues aquosas [9, 11,
15], alm dos casos de corroso atmosfrica e em alguns outros meios (por ex.,
corroso em solos na presena de umidade).
Com o intuito de fornecer subsdios mnimos para ilustrar a sistemtica de anlise de
falha proposta neste trabalho, sero apresentadas, a seguir, descries bastante
sucintas a respeito dos processos de corroso relacionados a reaes qumicas ou
eletroqumicas.
Interao qumica
ou eletroqumica
+Metal Meio
+
Produtos de
corroso(3)Energia
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
28/127
27
2.2.1. Processo Qumico
O campo de abrangncia da dissoluo qumica bem mais restrito em comparao
ao da corroso eletroqumica, baseando-se principalmente na oxidao. No
obstante, a dissoluo qumica pode se dar tambm temperatura ambiente, em
meio gasoso e, ainda, em alguns meios lquidos. Nesse caso, ocorrem reaes
qumicas diretas entre o material metlico (ou no metlico) e o meio corrosivo, no
havendo gerao de corrente eltrica [10].
2.2.2. Processo Eletroqumico
A corroso eletroqumica, via de regra, se verifica na presena de um determinado
eletrlito. A reao de corroso composta de duas reaes parciais: uma reao
andica e uma reao catdica, as quais se processam em pontos distintos. A
reao andica uma reao de oxidao, na qual so liberados eltrons que se
deslocam para outros pontos do metal, onde ocorre a reao catdica, que uma
reao de reduo. A reao andica tem como conseqncia a dissoluo do
metal, ou seja, um processo de corroso, ao passo que a reao catdica conduz
reduo de espcies presentes no meio sem a participao do metal sobre o qual
ela ocorre. O mecanismo se traduz no funcionamento de uma pilha de corroso, que
requer quatro elementos essenciais para ocorrer, a saber:
a) uma rea onde se passa a reao andica, por isso mesmo denominada de rea
andica;
b) uma rea distinta daquela, onde se passa a reao catdica, por isso mesmo
denominada de rea catdica;
c) uma ligao metlica que une ambas as reas e por onde fluem os eltronsresultantes da reao andica;
d) um eletrlito em contato simultneo com as mesmas reas por onde fluem os ons
resultantes de ambas as reaes.
2.2.3. Caracterizao da Regio Andica
O nodo ou regio andica de simples identificao, pois, na maioria dos casos,
onde ocorre a falha, havendo, portanto, a manifestao do processo corrosivo, ainda
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
29/127
28
que em alguns casos haja a necessidade do uso de microscopia ou anlises mais
apuradas para observ-la. Segundo Gentil [12], as formas (ou tipos) de corroso
podem ser apresentadas considerando-se a aparncia ou forma de ataque, as
diferentes causas da corroso e seus mecanismos. Assim, pode-se classificar
corroso segundo a morfologia, as causas ou mecanismos, os fatores mecnicos, o
meio corrosivo e quanto localizao do ataque.
2.2.3.1. Classificao Segundo a Morfologia
A morfologia ou aparncia da regio corroda tratada na literatura com muita
semelhana, ou seja, a denominao conforme o aspecto padronizada. Panossian
[11] Gentil [12] como Nunes e Dutra [16] adotam a seguinte classificao:
a) uniforme
A corroso se processa em toda a extenso e de forma contnua em uma superfcie,
ocorrendo perda uniforme da espessura (ver Figura 6). chamada por alguns de
corroso generalizada, mas, segundo Gentil [11] o termo generalizada tambm pode
ser usado para corroso por pite ou alveolar generalizada, isto , quando estes
ocorrem em toda a extenso da superfcie corroda.
b) por placas
A corroso se localiza em regies da superfcie metlica e no em toda a sua
extenso, formando placas com escavaes.
Figura 6 Corroso Generalizada Fundo de Tanque
Material: ASTM A 283 Gr. C [17].
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
30/127
29
c) alveolar
A corroso se processa na superfcie metlica, produzindo sulcos ou escavaes.
Os alvolos gerados apresentam fundo arredondado e profundidade geralmente
menor que seu dimetro.
d) puntiforme ou por pite
A corroso se processa em pontos ou em pequenas reas localizadas na superfcie
metlica produzindo os pites, que so cavidades que apresentam o fundo em forma
angular e profundidade geralmente maior que seu dimetro.
e) intergranular ou intercristalina
A corroso ocorre entre os gros da rede cristalina do material metlico, o qual
perde suas propriedades mecnicas e pode fraturar quando solicitado por esforos
mecnicos. Este mecanismo popularmente chamado de Stress Corrosion Cracking
(SCC).
f) transgranular ou transcristalina
A corroso se processa nos gros da rede cristalina do material metlico, o qual,
perdendo suas propriedades mecnicas, poder fraturar menor solicitaomecnica, caracterizando tambm uma forma de SCC.
g) filiforme
A corroso se verifica sob forma de finos filamentos no profundos, que se
propagam em diferentes direes e que no se ultrapassam, pois se admite que o
produto de corroso, em estado coloidal, apresenta carga positiva, da a repulso.
h) por esfoliao
A corroso se processa de forma paralela superfcie metlica e observada em
algumas ligas de alumnio.
i) corroso seletiva graftica
Caso particular que ocorre no ferro fundido cinzento em temperatura ambiente. O
ferro metlico convertido em produtos de corroso, restando a grafite intacta, o que
torna a rea corroda com aspecto escurecido.
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
31/127
30
j) corroso seletiva por dezincificao
a corroso que ocorre em ligas de cobre-zinco (lates), observando-se o
aparecimento de regies com colorao avermelhada contrastando com a colorao
amarela caracterstica dos lates.
k) corroso em torno de um cordo de solda
um tipo de corroso intergranular que se observa em torno de cordes de solda.
Ocorre principalmente em aos inoxidveis no estabilizados ou com teores de
carbono maiores que 0,03%.
l) empolamento pelo hidrognio
O hidrognio atmico penetra no material metlico e, como tem pequeno volume
atmico, difunde-se rapidamente aproveitando-se de regies com descontinuidades,
como vazios e incluses. A partir da ele se transforma em hidrognio molecular,
exercendo presso e formando bolhas. Esse tipo de avaria est relacionado
corroso devido ao fato da concentrao de hidrognio muitas vezes estar
relacionada polarizao do eletrodo.
2.2.3.2. Classificao de Graus de Corroso de Acordo Com a Norma N-2260
A norma Petrobrs N-2260 [17] de outubro de 1988, intitulada Graus de Corroso e
Tipos de Superfcies Avariadas e Preparadas, classifica graus de corroso, tipos de
avaria e preparao de superfcie em instalaes e estruturas submarinas de ao
por meio de registros fotogrficos, apresentando as seguintes definies:
a) quanto forma
a1) uniforme caracterizada por uma perda uniforme de material;
a2) alveolar caracterizada por apresentar cavidades na superfcie metlica,
possuindo fundo arredondado e profundidade geralmente menor que seu dimetro;
a3) pitiforme caracterizada por cavidades apresentando fundo em forma angular e
profundidade geralmente maior que seu dimetro.
b) quanto extenso(em relao a cada rea inspecionada)
b1) localizada corroso em um ponto isolado na rea considerada na inspeo;
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
32/127
31
b2 )generalizada corroso em toda rea considerada na inspeo (rever Figura 6);
b3) dispersa corroso em vrios pontos isolados na rea considerada na inspeo.
c) quanto Intensidade (considerando a forma alveolar)
c1) leve alvolos que apresentam dimetro menor que 2 mm;
c2) mdia alvolos que apresentam dimetro entre 2 e 4 mm;
c3) severa alvolos que apresentam dimetro maior que 4 mm.
d) quanto Intensidade (considerando a forma uniforme) (Figura 7)
d1) tipo I reduo at 20% da sobre espessura de corroso (Figura 8);
d2) tipo II reduo de 20 a 60% da sobre espessura de corroso (Figura 9);d3) tipo III reduo alm de 60% da sobre espessura de corroso (Figura 10).
Figura 7 Sobre espessura de corroso Foto referencial paraa classificao de Corroso - Material: ASTM A 385 Gr [17].
Figura 8 Corroso Tipo I Material: ASTM A 285 Gr. [17].
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
33/127
32
Figura 9 Corroso Tipo II Material: ASTM A 285 Gr [17].
Figura 10 Corroso Tipo III Material: A 285 Gr [17].
2.2.3.3. Padres Fotogrficos Para Avaliao de Formas de Deteriorao de
Acordo Com a Norma N-2561 da Petrobrs
A norma Petrobrs N2561 [18] de setembro de 1996, intitulada Padres
Fotogrficos para Avaliao de Formas de Deteriorao e cujo objetivo definir
padres para avaliao de deteriorao em instalaes industriais, define corroso
como sendo a deteriorao sofrida por um material metlico em conseqncia da
ao eletroqumica do meio, propondo uma classificao conforme apresentada no
Anexo I.
2.2.4. Caracterizao do Ctodo ou Regio Catdica
O ctodo ou regio catdica pode ser identificado como sendo um componente ou
regio com potencial eltrico superior ao potencial do nodo. Ainda, conforme a
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
34/127
33
formao das principais pilhas, o ctodo pode ser uma regio metalurgicamente
mais nobre, mais aerada, de maior concentrao inica, regio passivada ou regio
a uma temperatura diferente. A srie eletroqumica para o ambiente em questo
uma boa referncia para se identificar o ctodo uma vez conhecido o material do
nodo.
O funcionamento de pilhas eletroqumicas envolve uma importante grandeza, que se
denomina potencial do eletrodo. A sua ocorrncia se baseia no princpio de que
quando um metal entra em contato com um eletrlito, desenvolve-se entre estes
uma diferena de potencial eltrico que depende do metal, das espcies presentes
no eletrlito, alm de outras variveis. A explicao deste fenmeno devida a
tendncia natural da maioria dos metais a entrar em soluo quando em contato
com um eletrlito, passando assim para a forma inica. Isto acontece com os metais
ativos em relao aos meios aquosos e ocorre segundo a reao andica. Esta
reao prossegue at ocorrer a saturao do eletrlito com ons do metal, nas
imediaes da interface metal/meio, at a situao em que a entrada de um on a
mais na soluo provoca a reduo de outro on no prprio metal, mantendo o
equilbrio de cargas. A diferena de potencial , portanto explicada pela presena de
cargas eltricas de um sinal no eletrlito e de sinal oposto no metal formando uma
espcie de capacitor chamado de Dupla Camada Eltrica. Esta diferena de
potencial depende de muitos fatores, uns ligados ao metal e outros ligados ao
eletrlito como: tipo do eletrlito, concentrao, temperatura, grau de aerao e grau
de agitao. Se forem fixadas as variveis ligadas ao eletrlito, o potencial passa a
ser funo do metal e depender da propriedade deste.
A escala de potenciais ou srie eletromotriz (Tabela 2) [16] foi desenvolvida tendo
como referncia um eletrodo conhecido como eletrodo normal de hidrognio ao
qual foi atribudo o potencial nulo. Foi adotado o sinal negativo quando, numa clula
eletroqumica, os eltrons se deslocam do metal considerado para o eletrodo de
hidrognio e sinal positivo caso contrrio.
A srie eletromotriz estabelece condies padronizadas estando sujeita a vrias
limitaes, no podendo ser utilizada em casos prticos. Contudo ela d uma noo,
embora grosseira, da tendncia dos metais corroso quando em contato no
mesmo meio.
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
35/127
34
Tabela 2 Srie Eletromotriz Potencial Padro de Reduo E0 a 25C [16].
Reao de Eletrodo Potencial E0 (Volt) Reao de Eletrodo Potencial E0 (Volt)
Li+ + e = Li
K++ e = K
Ba++ + 2e = Ba
Ca++ + 2e = Ca
Na+ + e = Na
Mg++ + 2e = Mg
Al+++ + 3e = Al
Ti++ + 2e = Ti
Zr++++ + 4e = Zr
Mn++ + 2e = Mn
Nb+++ + 3e = Nb
Zn++ + 2e = Zn
Cr+++ + 3e = Cr
Fe++ + 2e = Fe
Cd++ + 2e = Cd
Co++ + 2e = Co
-3,045
-2,925
-2,906
-2,866
-2,714
-2,363
-1,662
-1,628
-1,529
-1,180
-1.100
-0,762
-0,744
-0,440
-0,403
-0,277
Ni++ + 2e = Ni
Mo+++ + 3e = Mo
Sn+++ 2e = Sn
Pb++ + 2e = Pb
H+ + e = 1/2H2
Cu++ + e = Cu+
Cu++ + 2e = Cu
H2O + 1/2O2 + 2e = 2OH-
Fe+++ + e = Fe++
Hg2++ + 2e = 2Hg
Ag+ + e = Ag
Hg++ + 2e = Hg
Pd++ + 2e = Pd
Pt++ + 2e = Pt
O2 + 4H+ + 4e = 2H2O
Au+++ + 3e = Au
-0,250
-0,200
-0,136
-0,126
0,000
+0,153
+0,337
+0,401
+0,771
+0,778
+0,799
+0,854
+0,987
+1,190
+1,228
+1,498
Como na utilizao dos materiais dificilmente ocorrem as condies padro, deve
ser utilizada uma srie especfica para cada meio, sendo a mais difundida a srie
galvnica para a gua do mar (Tabela 3) [12].
Um fator importante na corroso galvnica a possibilidade de inverso de
polaridade de alguns materiais metlicos, devido presena de determinadas
substncias no meio corrosivo ou condies de temperatura. Um exemplo o
comportamento do estanho, que catdico em relao ao ferro na maioria dos
meios corrosivos, mas na presena de certos cidos orgnicos, que formam
complexos solveis com o estanho, este se torna andico em relao quele [12].
Da mesma forma, o cobre catdico em relao ao zinco, mas quando em presena
de cianeto de potssio torna-se uma pilha onde ele passa a ser o nodo. A
temperatura tambm pode ocasionar inverso de polaridade como, por exemplo, no
caso do zinco, uma vez que em meios corrosivos usuais ele andico em relao
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
36/127
35
ao ferro, mas em gua quente, acima de 60 C, a polaridade inverte-se e o zinco
torna-se catdico.
Tabela 3 - Srie Galvnica de Materiais Metlicos na gua do Mar [12].
Extremidade andica (corroso)
1. Magnsio
2. Ligas de Magnsio
3. Zinco
4. Alclad 38
5. Alumnio 3S
6. Alumnio 61S
7. Alumnio 63S
8. Alumnio 52
9. Cdmio
10. Ao Doce11. Ao baixo teor de liga
12. Ao-liga
13. Ferro fundido
14. Ao AISI 410 (ativo)
15. Ao AISI 430 (ativo)
16. Ao AISI 304 (ativo)
17. Ao AISI 316 (ativo)
18. Chumbo
19. Estanho
20. Nquel (ativo)
21. Inconel (ativo)
22. Metal Muntz
23. Lato Amarelo
24. Lato Almirantado
25. Lato Alumnio26. Lato Vermelho
27. Cobre
28. Bronze
29. Cupro-Nquel 90/10
30. Cupro-Nquel 70/30 (baixo teorde ferro)
31. Cupro-Nquel 70/30 (alto teorde ferro)
32. Nquel (passivo)
33. Inconel (passivo)
34. Monel
35. Hastelloy C
36. Ao AISI 410 (passivo)
37. Ao AISI 430 (passivo)
38. Ao AISI 304 (passivo)
39. Ao AISI 316 (passivo)
40. Titnio
41. Prata
42. Grafite
43. Ouro
44. Platina
Extremidade catdica (proteo)
A formao de pelculas de produtos de corroso sobre a superfcie metlica, em
alguns casos, responsvel pela inverso de polaridade. Este fenmeno chamado
de passivao e implica na modificao do potencial de um eletrodo no sentido demenor atividade (mais catdico ou mais nobre). Metais ou ligas metlicas que se
passivam so formadores destas pelculas protetoras. O alumnio torna-se passivo
em meio oxidante devido formao da pelcula de alumina (Al2O3), o cromo, nquel,
titnio, ao inoxidvel tambm se passivam na grande maioria dos meios corrosivos,
especialmente na atmosfera. O chumbo se passiva na presena de cido sulfrico.
O ferro se passiva na presena de cido ntrico concentrado e no se passiva na
presena de cido ntrico diludo. A maioria dos metais e ligas passivam-se napresena de meios bsicos, com exceo dos metais anfteros (alumnio, zinco,
chumbo, estanho e antimnio) [19].
2.2.5. Caracterizao da Formao da Pilha
Conforme visto anteriormente, a pilha eletroqumica constituda de um nodo (ou
regio andica) e um ctodo (ou regio catdica), ligados de modo a permitir
transferncia de eltrons entre si quando ambas as regies esto em contato com
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
37/127
36
um eletrlito. Teoricamente, conforme mostra a equao de Nerst [11], uma pilha
pode se originar a partir da variao de trs fatores:
a) o potencial de equilbrio da reao (E0e);
b) a atividade do metal (az+Me);
c) a temperatura da reao (T).
2.2.5.1. A Equao de Nerst
a) Energia livre qumica
Para se verificar se uma reao qumica ser espontnea quando realizada
presso e temperatura constantes, deve-se calcular a variao de energia livre dosistema, G. Se G negativa, o processo ser espontneo. Se G zero, os
estados inicial (reagentes) e final (produtos) podem existir em equilbrio um com o
outro, sem variao efetiva de energia. Se G positiva, a reao no ocorrer
espontaneamente, mas sim o seu inverso.
O clculo de G de uma dada reao feito considerando-se a diferena entre a
energia livre de formao de todos os produtos e a energia livre de formao de
todos os reagentes. Considerando-se a representao da seguinte reao qumica:
A +B C + D (4)
A variao de energia livre dada por:
G = Gf(C) + Gf(D) Gf(A) Gf(B) (5)
ou G = xiGfi(produtos) - yiGfi(reagentes) (6)
onde:
G = variao da energia livre da reao;Gfi(produtos) = energia livre de formao dos produtos;
Gfi(reagentes) = energia livre de formao dos reagentes;
xi= nmero estequiomtrico dos produtos;
yi= nmero estequiomtrico dos reagentes.
Uma vez calculada a variao de energia livre de reao, pode-se verificar se esta
ser espontnea. No se deve esquecer, no entanto, que as energias de formaodos compostos so tabeladas em seus estados padro, com a denominao energia
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
38/127
37
livre padro de formao Gf, que definida como a variao de energia livre
envolvida quando um mol de um composto em seu estado padro se forma, a partir
de seus elementos nos seus estados padro. Por definio, a energia livre padro
de formao de todos os elementos zero. O estado padro de um composto
aquele em que o mesmo se encontra em sua forma estvel, presso de 1 atm e a
uma temperatura especfica que, freqentemente, mas no necessariamente, 25
C. Tendo-se uma reao qumica, pode-se verificar sua espontaneidade por meio
da determinao da variao da energia livre padro Gda reao, dada por:
G= xiGfi(produtos) - G
fi(reagentes) (7)
onde os valores de Gftanto dos produtos como dos reagentes so tabelados. Para
calcular a variao de energia livre de uma reao em que nem todos os produtos
e/ou reagentes esto em seus estados padro, utiliza-se a expresso que relaciona
a variao de energia livre com a constante de equilbrio da reao, representada
por:
G =G + RTlnK (8)
onde:
K= constante de equilbrio da reao em questo;T= temperatura em Kelvin;
R= constante universal dos gases.
b) Energia Livre Eletroqumica
A energia livre qumica utilizada para a verificao da espontaneidade das reaes
qumicas nas quais no ocorre redistribuio de cargas. No entanto, numa reao
eletroqumica, uma ou mais espcies perdem eltrons enquanto que outras ganham,
isto , ocorre uma redistribuio de cargas, havendo a necessidade de se realizar
trabalho eltrico. Nesse tipo de sistema, a variao de energia livre qumica no ser
a grandeza adequada para se estudar a espontaneidade das reaes, visto que so
desconsideradas as variaes de energia eltrica envolvidas. Nesse caso, a
grandeza a ser considerada a variao de energia livre eletroqumica, . Esta
obtida acrescentando-se variao de energia livre qumica um termo referente
variao de energia eltrica, ou seja, o trabalho eltrico necessrio para a
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
39/127
38
redistribuio de cargas. A expresso matemtica que representa esta situao a
seguinte:
=G + q (9)
onde:
= variao de energia livre eletroqumica;
G = variao de energia livre qumica;
q = trabalho eltrico;
= diferena de potencial eltrico.
Assim, nos casos das reaes eletroqumicas, a espontaneidade ser verificada
considerando-se a variao da energia livre eletroqumica,.
c) Equao de Nerst
Quando se definiu o potencial de equilbrio, no se fez referncia a respeito da
concentrao dos ons metlicos no eletrlito. No entanto, se fossem considerados
vrios eletrlitos contendo diversas concentraes de ons metlicos e, caso se
determinasse o potencial de equilbrio, verificar-se-ia que os valores obtidos seriam
diferentes, notando-se uma dependncia em funo da concentrao. Atravs de
consideraes termodinmicas possvel verificar como ocorre esta dependncia.
A variao da energia livre qumica de uma reao, em que nem todos os produtos
e/ou reagentes esto em seus estados padro, dada pela expresso:
G =G + RTlnK (10)
Relacionando a variao de energia livre qumica com o potencial de equilbrio de
reao, tem-se:
G = -zFEe (11)
Sendo Ee o potencial de equilbrio de uma reao em que todos os produtos e os
reagentes esto em seus estados padro. Esse potencial obtido por meio da
seguinte expresso:
G= -zFEe (12)
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
40/127
39
Como a variao de energia livre qumica padro de uma dada reao pode ser
obtida a partir das energias livres de formao das espcies qumicas envolvidas,
conclui-se que o potencial de equilbrio padro tambm poder ser determinado
utilizando a expresso (12).
A equao resultante ser determinada pelo potencial de equilbrio de uma reao
em que nem todos os reagentes e/ou produtos esto nos seus estados padro, a
partir do conhecimento do potencial de equilbrio padro.
Substituindo as expresses (11) e (12) em (10), tem-se:
-zFEe = -zFEe + RTlnK (13)
Dividindo porzFa equao acima, tem-se:
Ee = Ee RTlnK/ [zF] (14)
Considerando-se a reao:
Mez+ + ze Me (15)
tem -se que a sua constante de equilbrio dada por:
K = 1/[az+Me] (16)
Como a atividade do metal aMe, sendo este puro, e a atividade dos eltrons no metal
so unitrias, tem-se que:
K = 1/[az+Me] (17)
Substituindo (17) em (14):
Ee = Ee + RTlnaz+
Me/[zF] (18)
A equao (18) uma relao quantitativa que permite calcular a fora eletromotrizde uma pilha, para concentraes de ons diferentes de uma unidade. tambm
usado para clculos em ttulao de oxi-reduo, sendo expressa geralmente na
forma:
E = E - (0,0591 logQ)/n (19)
onde:
E= fora eletromotriz ou potencial normal da pilha correspondente;
n = nmero de eltrons transferidos;
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
41/127
40
Q = quociente de reao.
Esse quociente o produto das concentraes das espcies ativas do segundo
membro da reao de oxi-reduo, elevadas a seus respectivos coeficientes
estequiomtricos (coeficientes que precedem as frmulas na equao qumica
equilibrada), e seu denominador o produto anlogo das concentraes dos
reagentes.
Quando a concentrao em uma pilha alcana o estado de equilbrio, a fora
eletromotriz da pilha torna-se zero, o quociente de reao coincide com a constante
de equilbrio e a equao de Nerst , ento, expressa da seguinte maneira:
logK = nE/0,059 (20)
Essa expresso possibilita o clculo da constante de equilbrio, tendo como base a
fora eletromotriz normal. Assim, o potencial padro de uma pilha est relacionado
com a constante de equilbrio da reao de funcionamento da pilha.
Em uma abordagem prtica, os trs tipos de pilhas de corroso eletroqumica que
podem se formar de acordo com a equao de Nerst podem ser sub divididas, pois a
literatura [11,12,16] apresenta algumas denominaes como: pilha de eletrodosmetlicos diferentes, pilha ativa-passiva, pilha de ao local, pilha de concentrao
inica, pilha de aerao diferencial, pilha eletroltica e ainda a pilha de temperaturas
diferentes. O tratamento de um estudo de caso pela metodologia proposta dever
enquadr-lo em um destes tipos de pilha, geralmente o predominante, pois comum
se observar mais de um destes tipos de pilha agindo simultaneamente.
2.2.5.2. Pilha de Eletrodos Diferentes
o tipo de pilha de corroso que ocorre quando dois metais ou ligas diferentes
esto em contato e imersos em um mesmo eletrlito. Nesta situao o metal mais
ativo na tabela funciona como nodo e, portanto, ser corrodo. A Figura 11 [19]
representa esquematicamente este tipo de pilha.
A taxa de corroso do metal menos nobre e da eficincia de proteo ao metal mais
nobre, num par galvnico, depender dos seguintes fatores [12]:
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
42/127
41
a) potenciais de corroso de cada um dos metais constituintes do par no meio
considerado;
b) polarizao da reao catdica sobre a superfcie do metal mais nobre e da
polarizao da reao andica do metal menos nobre;
Figura 11 Pilha de Eletrodos Diferentes [19].
A polarizao pode ser interpretada como a dificuldade com que uma reao ocorre
sobre um metal. Assim, diz-se que a reao catdica sobre o metal mais nobre
pouco polarizada quando esta reao ocorre facilmente, ou seja, a cintica da
reao rpida. Do mesmo modo, diz-se tambm que a reao catdica sobre o
metal mais nobre muito polarizada, quando esta reao ocorre com dificuldade, ou
seja, a cintica da reao lenta.
c) natureza do meio;
O meio influencia na intensidade do ataque do metal menos nobre, no grau de
proteo do metal mais nobre, na extenso da ao galvnica em termos de rea
atingida, determinar qual o metal ser o anodo e qual o catodo, podendo haverinverso de polaridade, na cintica das reaes. Outro fator de grande relevncia na
corroso galvnica a condutividade do meio. No caso de dois metais em contato
direto, imersos em meios de alta condutividade, a ao galvnica entre ambos faz
sentir por toda a superfcie exposta, o mesmo ocorrendo na proteo do metal mais
nobre. medida que a condutividade do meio diminui, a ao galvnica fica restrita
s vizinhanas da juno entre os metais.
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
43/127
42
d) fatores geomtricos;
A rea relativa dos metais constituintes do par (quanto menor for a rea andica em
relao catdica maior a taxa de corroso) e distncia entre os mesmos.
e) produtos das reaes, natureza do metal mais nobre e tipo da reao catdica
tambm influenciam.
2.2.5.3. Pilha Ativa-Passiva
Conforme j visto, alguns metais e ligas tendem a se tornar passivos devido
formao de uma pelcula fina e aderente de xido ou outro composto insolvel nas
suas superfcies. A passivao faz com que esses materiais passem a funcionarcomo reas catdicas. O on cloreto e em menor escala o brometo e o iodeto, em
alguns casos, destroem e impedem a passivao. Os ons penetram atravs de
poros ou falhas da camada passivadora e como a destruio da passivida no
ocorre em toda a exteno da pelcula, e sim em pontos determinados geralmente
pela variao da espessura e variaes na estrutura desta pelcula formam-se
pequenos nodos circundados por grandes ctodos proporcionando uma taxa
relativamente alta de corroso. A destruio da passividade tambm pode ocorrer
por meio de riscos na camada de xido, tornando exposta uma superfcie metlica
ativa que funcionar como nodo [12]. Uma representao esquemtica da pilha
ativa-passiva mostrada na Figura 12 [19].
2.2.5.4. Pilha de Ao Local
A presena de heterogeneidades ligadas superfcie de um mesmo material gera a
ocorrncia de pilhas localizadas (Figura 13) que podem ser conseqncia de [16]:
a) variaes na composio qumica do gro;
b) presena de incluses;
c) concentrao de tenses;
d) variao na temperatura;
e) variaes nos contornos de gros;
f) variao no tamanho de gro.
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
44/127
43
Figura 12 Pilha Ativa-Passiva [19].
Figura 13 Pilha de Ao Local [19].
Na metodologia proposta neste trabalho, esse tipo de pilha ser utilizado quando,
aparentemente, houver um nico material e o eletrlito puder ser considerado
homogneo.
2.2.5.5. Pilha de Concentrao Inica Diferencial
Este tipo de pilha ocorre quando uma pea metlica est em contato com um
eletrlito que apresenta, em sua massa, regies de diferentes concentraes de ons
do prprio metal. A parte da pea que est em contato com a soluo mais
concentrada funciona como ctodo da pilha.
As principais heterogeneidades do eletrlito so [16]:
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
45/127
44
a) variaes na concentrao (Figura 14) [19];
b) variaes no grau de aerao do eletrlito;
c) variaes na temperatura do eletrlito;
d) variaes no grau de agitao;
e) variaes na resistividade eltrica.
A pilha de resistividade eltrica diferencial uma importante pilha que ocorre em
tubulaes enterradas. Na metodologia proposta neste trabalho, esse tipo de pilha
ser levado em conta quando for possvel considerar o metal homogneo.
Figura 14 Pilha de Concentrao Inica Diferencial [19].
2.2.5.6. Pilha de Aerao Diferencial
O potencial de corroso resultado do balano entre a reao de oxidao do
metal e a reao de reduo do oxidante contido no eletrlito. Qualquer variao
local de composio deste ltimo poder propiciar o surgimento de corroso. Alm
da existncia de gua, o oxignio tambm deve estar presente para que o processo
de corroso possa acontecer. Uma das reaes catdicas de grande importncia noprocesso de corroso dos metais no solo a de reduo do oxignio dissolvido na
gua, gerando hidroxilas, por conseqncia, a aerao do solo fator de grande
importncia no processo.
No solo, em grandes profundidades (maiores do que 10m), a velocidade de corroso
deixa de ser controlada preferencialmente pela resistividade e passa a ser
determinada pela disponibilidade de oxignio dissolvido nas guas subterrneas,
isto , a difuso limita a velocidade de corroso. Quando o ao carbono colocado
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
46/127
45
em um eletrlito neutro (p.ex.: NaCl), pode-se observar o ataque intenso nas regies
pouco aeradas e a reduo catdica nas regies aeradas. O pH das regies aeradas
(reas catdicas) se torna mais alto devido reduo do oxignio, envolvendo a
formao de ons hidroxila (o que contribui para a passivao local do material). Se o
material passivvel, a corroso da regio menos ventilada pode se tornar muito
maior do que aquela da regio ventilada. A corroso por aerao diferencial a
responsvel, por exemplo, pelo ataque abaixo da linha d'gua de navios e em
estruturas enterradas em solos onde a permeabilidade do oxignio desigual. No
caso de materiais que no desenvolvem pelcula passiva, a corroso da regio
menos ventilada no ser superior quela observada na regio mais ventilada [12].
A corroso bimetlica bastante comum e destrutiva, mas, clulas de aerao
diferencial, causadas por diferenas no nvel de oxigenao do eletrlito so ainda
mais comumente observadas, e costumam causar estragos ainda maiores. Uma
clula de aerao diferencial (Figura 15) [19] pode ser desenvolvida em qualquer
situao onde a gua estiver em contato com uma superfcie, ainda, em frestas,
esse tipo de pilha freqentemente observada.
Figura 15 Clula de Aerao Diferencial [19].
Impurezas depositadas que absorvem ou mantm gua ou lama, produtos de
corroso, folhas, tecidos e papel em contato com a estrutura promovem a formao
de pilhas de aerao diferencial. Materiais porosos e absorventes utilizados como
isolantes trmicos, isolantes acsticos, podem absorver gua como uma esponja,
possibilitando a ocorrncia de clulas de aerao diferencial na interface material
absorvente/metal.
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
47/127
46
A Tabela 4 apresenta um quadro-resumo organizado por Panossian [11] da corroso
por aerao diferencial, apontando o que se observa quando a superfcie de um
metal apresenta uma regio em contato com uma soluo em que a concentrao
de oxignio maior (regio aerada), e outra, em contato com a mesma soluo, com
concentrao menor de oxignio ou ausncia deste (regio menos aerada ou
desaerada). A partir dos dados da tabela possvel concluir que nem sempre em
uma clula de aerao diferencial o metal em contato com a soluo desaerada
sofre corroso, enquanto o metal em contato com a regio aerada protegido, pois
esta questo vai depender da natureza do metal e de variveis do meio.
Tabela 4 - Quadro-Resumo da Corroso por Aerao Diferencial Considerando aReduo de Oxignio como a Principal Reao Catdica [11].
Condio que prevalece Exemplos prticos O que ocorre
O metal no se passiva
Ferro ou zinco em soluesacidas ou neutrastamponadas, ferro emsolues muito alcalinas;zinco em soluesmoderadamente alcalinas.
O metal em contato com a soluo aerada (M1) apresentara
taxa de corroso igual ou sempre maior do que o metal em
contato com a soluo desaerada (M2). A taxa de corroso do
metal M, ser mnima e correspondente a 50% da perda total
de massa do sistema no caso de se ter resistividade
desprezvel do meio. Nestas condies, a taxa de corroso do
metal M, ser igual a taxa de corroso do metal M2. A taxa de
corroso do metal M, ser tanto maior quanto maior for o valor
da resistividade do meio, atingindo um valor Mximo nos casos
em que a resistividade do meio for muito elevada. Nesta
situao, tudo se passar como se o metal em contato com a
soluo aerada estivesse eletricamente isolado do metal em
contato com a situao desaerada.
O metal em contato com asoluo aerada sofrepassivao logo aps sua
imerso no eletrlito oudecorrido algum tempo apssua imerso.
Ferro em soluo neutrano tamponada.
O metal em contato com a soluo aerada (M1), estandopassivado, apresentar uma taxa de corroso desprezvel emuito menor do que a taxa de corroso do metal em contato
com a soluo desaerada M2. A taxa de corroso do metal M2ser mxima quando a resistividade do meio for desprezvel. Amedida que a resistividade do meio aumenta, a taxa decorroso de M2 vai diminuindo at um valor mnimocorrespondente a resistividade muito elevada do meio,situao em que tudo se passa como se os metais M1 e M2estivessem eletricamente isolados.
O metal passiva-seindependente daconcentrao de oxignio.
Ferro em soluomoderadamente alcalina.
O metal estando passivo sofrer taxa de corroso desprezvel,tanto na regio em contato com a soluo aerada comodesaerada, no se notando nenhuma influncia de aeraodiferencial.
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
48/127
47
2.2.5.7. Pilha Eletroltica
Grande parte dos tipos de corroso envolve processos eletroqumicos espontneos,
onde a diferena de potencial se origina dos potenciais prprios dos materiais
metlicos no processo. No caso da corroso eletroltica, verificados a diferena de
potencial causada por um meio externo, podendo causar uma corroso acentuada
em dutos enterrados, gasodutos, cabos telefnicos, entre outros casos.
Com a diferena de potencial instalada, surgem correntes de fuga, tambm
chamadas de parasitas, vagabundas, esprias ou de interferncia. As correntes
abandonam o circuito original, penetram no solo, e, atravs dele, retornam ao
circuito. Esse caso tambm verificado em dutos envoltos por gua. Essas
correntes so muito maiores do que as correntes de pilhas naturais (causadas pela
simples diferena de potencial dos materiais), e, devido a variaes do meio em que
se encontram, pode-se ter uma corroso intensa e com velocidade alta.
Esse tipo de corroso observado chamado de corroso eletroltica, e, segundo
Gentil [12], a deteriorao da superfcie de um metal forada a funcionar como
nodo ativo de uma cuba ou pilha eletroltica. Ou seja, atravs do meio externo, o
metal de uma tubulao ser deteriorado, funcionando como um nodo, resultando
em perda de material.
A corroso eletroltica (Figura 16) [19] geralmente localizada, e como ocorre em
alta velocidade, a perfurao da espessura de parede do duto ocorre em pouco
tempo, causando vazamentos repentinos.
Figura 16 - Corroso Por Corrente de Fuga [19].
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
49/127
48
Os problemas com corrente de fuga se devem ao fundamento sobre o qual so
feitos os desenhos para os sistemas frrico-eltricos, onde a corrente volta para as
subestaes atravs dos trilhos. O solo em volta dos trilhos pode ser visto como um
condutor paralelo para a corrente de retorno. A magnitude da corrente de fuga ser
maior quanto menor for a resistncia do solo. Qualquer estrutura metlica no solo
tender a atrair a corrente de fuga, uma vez que representa um caminho de baixa
resistncia.
Essas correntes de fuga tendem a ser altamente dinmicas, com a magnitude da
corrente variando conforme o uso dos trens, por exemplo, a posio relativa e o grau
de acelerao dos mesmos. Fundamentalmente, os seguintes fatores tm efeito no
grau de corroso por corrente de fuga: magnitude da corrente de propulso,
espaamento das subestaes, mtodo de aterramento das subestaes,
resistncia dos trilhos, uso e localizao de junes em cruz e ligaes isoladas,
isolamento trilho-solo e a voltagem do sistema de fora.
2.2.5.8. Pilha de Temperaturas Diferentes
Tambm chamada de pilha termogalvnica este tipo de pilha constituda de um
mesmo material metlico, estando as regies andicas e catdicas a temperaturas
distintas. Geralmente ocorre quando se tem um material metlico imerso em
eletrlito que apresenta reas diferentemente aquecidas. A elevao da temperatura
aumenta a velocidade das reaes eletroqumicas, bem como a velocidade de
difuso, pode-se portanto, admitir que o aumento da temperatura torna mais rpido o
processo corrosivo. Entretanto, alguns fatores so considerados para explicar os
casos em que o processo corrosivo diminui com o aumento da temperatura. Um
deles o da influncia da elevao de temperatura na eliminao de gasesdissolvidos, como por exemplo, oxignio, diminuindo a corroso. Tambm a
influncia da elevao da temperatura sobre pelculas protetoras deve ser
considerada, pois se algumas de suas propriedades (porosidade, volatilidade e
plasticidade) variarem com a temperatura, a velocidade de corroso tambm ir
variar. Exemplos [12]:
a) em soluo de CuSO4, o eletrodo de cobre em temperatura mais elevada o
ctodo e o eletrodo de mesmo material na temperatura mais baixa o nodo;
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
50/127
49
b) o chumbo em contato com seus sais age da maneira descrita acima;
c) a prata tem polaridade inversa aos exemplos anteriores;
d) o ferro imerso em solues diludas e aeradas de NaCl tem como nodo a partemais aquecida, mas aps algumas horas (dependendo da agitao e da aerao)
a polaridade pode se inverter.
2.2.6. Caracterizao do Eletrlito ou Meio Corrosivo
Segundo Gentil [12] os meios corrosivos mais freqentemente encontrados so: a
atmosfera; a gua; o solo e produtos qumicos e, em menor escala; alimentos,
substncias fundidas; solventes orgnicos, madeiras e plsticos.
2.2.6.1. Corroso Pela Atmosfera
a) classificao da atmosfera corrosiva de acordo com as suas caractersticas [11]
a1) ambiente rural;
No apresenta contaminantes qumicos fortes, contm poeiras orgnicas e
inorgnicas que podem promover ambiente corrosivo quando em mistura com
elementos gasosos, alta umidade relativa, intensa luz solar e longos perodos de
condensao.
a2) ambiente urbano;
Apresenta em sua composio fumos e sulfatos provenientes da combusto que em
presena de alta umidade relativa e condensao pode estabelecer elevada taxa de
corroso, pois promove uma interao mais intensa dos poluentes perante
estruturas metlicas.
a3) ambiente industrial;
Altamente corrosivo, verificando-se a presena de compostos de enxofre,
provenientes da queima de leo, carvo e outros. O SO2 se oxida por vrios
processos catalticos a cido sulfrico, se depositando sobre superfcies expostas
resultando num cido hidratado em presena de orvalho.
a4) ambiente marinho;
-
8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior
51/127
50
O cloreto o principal agente contaminante. As finas partculas de sais marinhos
podem ser levadas pelo vento e sedimentam sobre as superfcies metlicas
expostas. A quantidade destas partculas no ar diminui rapidamente ao se distanciar
da orla martima.
a5) ambiente marinho-industrial.
notvel a presena de ons cloretos e compostos de enxofre devido emisso de
SO2, SO3, H2S e outros, na atmosfera, pela queima de combustveis fsseis.
Caracteriza-se por regies litorneas altamente industrializadas, normalmente
prximas de portos.
b) fatores que influenciam na ao corrosiva da atmosfera
b1) umidade relativa;
temperatura ambiente e em atmosfera seca a corroso atmosfrica sobre
superfcies metlicas pode, do ponto de vista prtico, ser ignorada. Entretanto,
adquire especial relevncia sobre superfcies midas, visto que, por estar associada
a um mecanismo essencialmente eletroqumico, a umidade relativa exerce um papel
decisivo no processo. Abaixo de um determinado nvel de umidade relativa, a
corroso torna-se insignificante, pois no existe poro aprecivel de eletrlito sobre
o metal. Geralmen