PROTEÇÃO CATÓDICA

FELIPHE Mario abel

augusto Turma: MEC. O5

Índice

-PROCESSO DE PROTEÇÃO CATÓDICA

- mecanismo- processo de proteção catódica -O que é corrosão?-Processo Anódico-Processo Catódico- Sistemas de Anodo Galvânico- Sistemas de Corrente Impressa-Instalação de Sistemas de Proteção Catódica-Levantamento de Campo para o Dimensionamento de Sistemas de Proteção Catódica-Critérios de Proteção Catódica Aplicados às Estruturas Metálicas-dimensionamento de sistemas de proteção catódica-Distribuição e Fixação dos Anodos Galvânicos-Distribuição e Fixação dos Retificadores Anodos Inertes-Instrumentos-Conclusão

- Introdução.

A proteção catódica é uma técnica que está sendo aplicada com sucesso no mundo inteiro, e cada vez mais no Brasil, para combater a corrosão das instalações metálicas enterradas, submersas e em contato com eletrólitos.

Seu conhecimento torna-se cada vez mais necessário aos engenheiros e técnicos, de um modo geral, devido à construção cada vez maior de oleodutos, gasodutos, adutoras, emissários submarinos, plataformas de prospecção e produção de petróleo, navios e embarcações, tanques de armazenamento de água, óleo, derivados de petróleo e produtos químicos, além de muitas outras instalações importantes.

A proteção catódica, descrita numa forma bem simples, é o uso direto de eletricidade corrente de uma fonte externa, em oposição da corrente de descarga da corrosão de áreas anódicas que estarão naturalmente presentes. Quando um sistema de proteção catódica eficaz é instalado, todas as partes da corrente coletada da estrutura protegida do eletrólito circunvizinho e toda a superfície exposta se tornam uma única área catódica - daí o nome.

Com a utilização da proteção catódica consegue-se manter as instalações metálicas completamente livres da corrosão por tempo indeterminado, mesmo que não seja aplicado sobre suas superfícies nenhum tipo de revestimento e que as condições agressivas do meio (solo, água ou outro eletrólito) sejam extremamente severas. A grande virtude dessa técnica é permitir o controle seguro da corrosão em instalações que, por estarem enterradas ou imersas, não podem ser inspecionadas ou revestidas periodicamente, como acontece com as estruturas metálicas aéreas.

- Mecanismo.

Antes de descrevermos o mecanismo de funcionamento da proteção catódica, devemos compreender, com uma breve abordagem, o que vem a ser a corrosão galvânica. A corrosão galvânica é uma das formas mais comuns de ataque em meio aquoso. Como o próprio nome indica, ela 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. Esta seletividade das reações é devido às heterogeneidades existentes no material, no meio ou nas condições físico-químicas da interface.

Cada metal ou liga pode ser caracterizada pelo seu potencial de corrosão. Torna-se possível, deste modo, estabelecer o que se chama de série galvânica, que fornece, para um meio considerado, uma classificação de diferentes metais e ligas segundo seu potencial de corrosão medido experimentalmente.

- PROCESSO DE PROTEÇÃO CATÓDICA

A Proteção Catódica (Cathodic Protection) é um processo de proteção elétrica que faz uso de uma corrente induzida em dutos de aço enterrados para complementar a proteção anti-corrosão do revestimento já existente. Com base no mesmo princípio da corrosão eletroquímica (fluxo de corrente gerado pela diferença de potencial entre materiais), estudos de engenharia realizados mostram que é possível reduzir a níveis insignificantes o processo que deterioração do metal, injetando-se uma corrente elétrica de proteção na estrutura através do eletrólito, forçando uma situação em que seu potencial apresente valores mais negativos em relação ao meio circulante, assumindo assim um comportamento catódico.

– O que é corrosão?

A corrosão metálica é a transformação de um material metálico ou liga metálica pela sua interação química ou eletroquímica num determinado

meio de exposição, processo que resulta na formação de produtos de corrosão e na liberação de energia. Geralmente, a corrosão metálica (por mecanismo eletroquímico), está associada à exposição do metal num meio no qual existe a presença de moléculas de água, juntamente com o gás oxigênio ou íons de hidrogênio, num meio condutor.

A escolha de um sistema de proteção contra a corrosão para os metais ferrosos (como o aço-carbono) dependerá de uma série de fatores, citando como um dos principais, o grau de corrosividade do meio. De um modo simplificado poder-se-á dividir a corrosão em dois processos

Processo Anodico Processo Catódico

– Processo Anódico

O processo Anódico consiste na dissolução do ferro com libertação de elétrons. Os íons de ferro, carregados positivamente passam à solução segundo a reação anódica principal:

E os elétrons livres que se libertam deslocam-se pela armadura até o catodo.

Os produtos de corrosão provenientes das reações anódicas secundárias podem também formar película protetora a superfície do aço

– Processo Catódico

O processo catódico consiste principalmente na reação:

Portanto os elétrons sobrantes, resultantes da dissolução do ferro no processo anódico, deslocam-se pela armadura até o catodo, combinando-se com oxigênio e água, formando íons de oxigênio. A velocidade desta reação dependerá, sobretudo, da concentração de oxigênio e, portanto do grau de arejamento e da temperatura. De fato,a presença de oxigênio é o fator primordial condicionante desta reação podendo-se considerar que a corrente catódica é condicionada pela difusão de oxigênio.

Se, por um processo artificial, ambas as áreas da figura 3 forem transformadas em catódicas, transportando-se a área anódica para uma nova superfície concebida para este fim, deixará de existir o fluxo de elétrons originado na área previamente anódica, eliminando-se, portanto o processo corrosivo.

Da célula eletroquímica ou eletrolítica artificial criada, surgem as seguintes consequências que conduzem o metal à proteção, desde que a corrente seja suficiente- a superfície do metal é polarizada a um nível determinado de tal forma que todas as áreas tornam-se catódicas;

- numa superfície catódica, só há reações de redução, logo, jamais haverá a reação de dissolução do material metálico, M ,Mn + ne, que é uma reação de oxidação. As reações de redução mais frequente são: em meio neutro e aerado, em meio neutro desaerado, em meio ácido aerado e em meio ácido desaerado.Se a camada de proteção está danificada ou se há um contato elétrico entre o duto e outra estrutura de metal, é necessário aumentar a Proteção Catódica para compensar as perdas resultantes. Para que qualquer sistema de proteção catódica possa funcionar, a corrente deve ser descarregada de um eletrodo de solo (anodo). A corrente é forçada a fluir para a tubulação em áreas que eram anteriormente anódicas. Quando uma quantidade adequada de fluxo de corrente é descarregada dos anodos, ela é coletada na tubulação e sobrecarrega as correntes naturais que estavam se descarregando das áreas anódicas, formando uma rede de fluxo de corrente sobre todas as áreas na superfície da tubulação. Toda a superfície será, então, catódica e a proteção da corrosão estará completada. Um excesso de corrente pode ser prejudicial ao tubo. A integridade do duto depende de um equilíbrio entre a proteção efetiva e consumo de corrente aceitável.Se a corrente injetada fica excessiva ou a Proteção Catódica ineficaz, o duto deve ser inspecionado para encontrar as falhas principais.

Na realidade, um sistema de proteção não elimina necessariamente a corrosão. Mas transfere a corrosão da superfície da estrutura protegida e concentra a corrosão em outro local - o anodo instalado no solo. Ao final da vida útil do anodo, ele pode ser facilmente reposto e em nenhum momento a tubulação sofrerá qualquer corrosão.

Segundo a ABRACO, (Associação Brasileira de Corrosão), os sistemas de proteção catódica podem ser classificados em duas categorias:

Sistemas de Anodo GalvânicoSistemas de Corrente Impressa (Retificador)

- Sistemas de Anodo Galvânico

Sistemas de Anodo Galvânico são os mais simples e, provavelmente, os mais confiáveis. Como é sabido, quando dois metais dissimilares estão em contato dentro de qualquer eletrólito, o metal mais anódico corrói. Num sistema de proteção catódica utilizando anodos galvânicos, a vantagem desse efeito é obtida estabelecendo-se, intencionalmente, uma célula de metal dissimilar suficientemente forte para se contrapor a célula de corrosão naturalmente existente numa tubulação.Isto é obtido pela seleção de um material que seja fortemente anódico em relação à tubulação de aço.

Os anodos galvânicos usados em aplicações no solo são, usualmente, feitos de liga de magnésio. - "Série Galvânica Prática" mostra que a tensão Direcionada entre a tubulação de aço e o magnésio é, tipicamente, menor do que Um volt. Assim, se os anodos forem especificados para criar uma quantidade útil de corrente, a resistência de contato entre os anodos e a terra deve ser baixa. Isto significa que anodos galvânicos são normalmente empregados em solos de baixa Resistividade.

Camada Moída sobre aço

( * ) Potenciais típicos observados em solos neutros e água,medidos com referência a eletrodo de sulfato de cobre padrão.

- Sistemas de Corrente Impressa

Os sistemas de proteção catódica por corrente impressa nos liberam da voltagem direcionada limitada dos anodos galvânicos. Uma tensão de corrente contínua oriundade fonte externa é "impressa" no circuito entre a estrutura protegida e os anodos. A fonte de energia mais comum é o retificador de proteção catódica ou fonte de energia de CC. Este equipamento simplesmente converte corrente elétrica alternada (de um sistema de distribuição de eletricidade) para uma corrente elétrica contínua de baixa voltagem. A tensão de saída da unidade pode ser ajustada. Retificadores de proteção catódica estão disponíveis em diversas capacidades de saída, desde um ampère até centenas de ampères. Sistemas de corrente impressa são inerentemente mais complexos do que os sistemas galvânicos e, tipicamente, requerem mais manutenção.

Os componentes principais de um Sistema de Proteção Catódica por Corrente Impressa são:

Unidade Retificadora - Converte a corrente alternada para corrente contínua que será drenada pelos anodos.

Anodos Inertes – Um projeto bem elaborado deverá dimensionar um leito de anodos (no caso de instalação no solo) determinando a massa anódica necessária para uma boa distribuição da corrente ao longo de toda a estrutura a ser protegida. Pontos de Medição ou Teste – Desempenham um papel fundamental no procedimento de manutenção do sistema, pois permitem que seja monitorada a diferença de potencial entre a estrutura a ser protegida e o meio eletrólito. É através destes pontos que, por meio de Técnicas Especiais de Inspeção, pode-se garantir a Eficiência Operacional do sistema implementando-se correções e ou ajustes necessários.

-Instalação de Sistemas de Proteção Catódica-Levantamento de Campo para o Dimensionamento de Sistemas de Proteção

Catódica

Devem ser feitos levantamentos de campo a fim de se obter as informações necessárias para a elaboração do projeto de proteção catódica.Algumas das informações a serem coletadas são:

Material da estrutura a ser protegida;

Características de construção, dimensionais e geométricas da estrutura;

• Existência de outras estruturas metálicas enterradas ou submersas próximas à estrutura a ser protegida.

-Critérios de Proteção Catódica Aplicados às Estruturas Metálicas

Tem o objetivo de verificar se a estrutura metálica encontra-se protegida catodicamente, como se observa através de medições dos potenciais estrutura/ eletrólito: tubo/solo, estaca/água, tanque/solo, e outros. As medições são realizadas com o auxílio de um eletrodo de referência Cu/CuSo4 (para solos) e de Ag/AgCl (para água do mar ou eletrólitos líquidos).

-Distribuição e Fixação dos Retificadores Anodos Inertes

A distribuição e os métodos de instalação dos retificadores e anodos inertes dependem basicamente da experiência, do bom senso do projetista, sem precisar obedecer a regras definidas.

-Instrumentos

Instrumentos adequados para medições de campo e o sistema em plenas condições de funcionamento, são fundamentais para o êxito no combate a corrosão em estruturas metálicas. Os instrumentos mais indicados e utilizados nas tarefas são:

Dispositivo de Medições de Resistividade Elétrica de Solos: Vibrogound,Geohm, Nilsson: Utilizam o método verner ou dos 4 pinos. Servem para medições em profundidades diferentes entre: 1,5m, 3m, 4,5m e 6m do nível do solo e fornecem leituras com boa precisão, excelentes para trabalhos de proteção catódica.

Megger: Utiliza os mesmos princípios do método anterior, porém contém gerador próprio acionado por manivela ou circuito eletrônico e mede resistividades elétricas, mas é mais utilizado em medições de resistências de aterramento, em leitos de anodos e malhas de aterramento elétrico.

Dispositivo para Medições de Resistividades Elétricas de Eletrólitos Líquidos:Utiliza-se uma caixa padrão, construída de material isolante com duas faces opostas metálicas onde são conectados os terminais de um multímetro. A resistência elétrica pode ser convertida facilmente em resistividade elétrica pela razão entre a área de uma das placas metálicas e a separação existente entre elas.0,85 ⋅ MDIA boa distribuição de corrente;A facilidade ou dificuldade de instalação;

O maior ou menor custo do sistema.

Voltímetros: São os instrumentos mais utilizados nas aplicações de proteção catódica para as medições. Devem ser previamente selecionados para não comprometerem nas medições com erros grosseiros, ter alta resistência interna, ser robustos e de boa precisão. O valor mínimo exigido para resistência interna é de 50.000 ohm/V. São utilizados: potenciométricos para medições de resistividade elétrica muito alta; e registradores para o estudo de sistemas influenciados por

correntes de fuga descarregando as informações de tensões no computador.Amperímetros: Usados para medições da corrente elétrica: de um retificador, cama de anodos galvânicos, dispositivos de drenagem, etc.Volt-ohm-miliamperímetros: São instrumentos muito utilizados para manutenção de retificadores. Combinam em um só instrumento, determinação de valores de potenciais, pequenas correntes e resistências elétricas.

Eletrodos de Referência: Também chamados de meia-células ou semi-células.Em conjunto com os voltímetros, são os acessórios mais importantes para trabalhos de proteção catódica. Permitem o fechamento do circuito estrutura/voltímetro/ eletrólito/ estrutura necessário para a realização das leituras.

-CONCLUSÃO

A corrosão é um dos problemas que mais preocupa a indústria metal mecânica,Pois ela altera as propriedades dos matais, de forma que, isso pode se tornar.Um grande problema em certas aplicações de produtos metálicos, como por Exemplo, vazamento em tubulações enterradas. Com o intuito de proteger os metais desse “distúrbio” químico, a proteção catódica, com o mesmo princípio da Eletroquímica, transforma a estrutura metálica que se deseja proteger em uma pilha Artificial, evitando assim a deterioração dos metais, fazendo com que estruturas metálicas possam trabalhar com segurança.