O ENSINO DE CORROSÃO E DE TÉCNICAS ANTICORROSIVAS COMPATÍVEIS COM O MEIO AMBIENTE

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1 O ENSINO DE CORROSÃO E DE TÉCNICAS ANTICORROSIVAS COMPATÍVEIS COM O MEIO AMBIENTE Fernando B. Mainier 1, Fabiana R. Leta 2 Universidade Federal Fluminense 1 Departamento de Engenharia Química GESET - Grupo de Estudos Sobre Ensino Tecnológico Rua Passo da Pátria S. Domingos Niterói, Rio de Janeiro,CEP mainier@nitnet.com.br Universidade Federal Fluminense 2 Departamento de Engenharia Mecânica GESET - Grupo de Estudos Sobre Ensino Tecnológico Rua Passo da Pátria S. Domingos Niterói, Rio de Janeiro, CEP fabiana@ic.uff.br Resumo. A mídia tem mostrado os grandes problemas causados por vazamentos de oleodutos, entretanto, as contaminações provocadas por tanques de armazenamento de combustíveis e de produtos químicos nem sempre são mostradas ao grande público, principalmente quando os furos estão localizados no fundo do tanque. Na maioria das vezes a contaminação do lençol freático passa desapercebida e só será comprovada muito mais tarde quando a descontaminação do solo é impraticável devido aos altos custos envolvidos. Os problemas de corrosão ocorridos em tanques de postos de gasolina são um dos exemplos do cotidiano que a disciplina Corrosão, pertencente aos Cursos de Engenharia Química, Engenharia Mecânica e Química Industrial, da Universidade Federal Fluminense, visa a contemplar através de um programa baseado nos conhecimentos básicos de corrosão, nas técnicas anticorrosivas compatíveis com o meio ambiente e nos experimentos realizados. O presente trabalho consiste na tentativa de associar e integrar o conhecimento da corrosão e das técnicas anticorrosivas com o Meio Ambiente, no sentido de desenvolver uma abordagem técnico-científica que venha contemplar as idéias geradas e as experiências adquiridas no ensino e na pesquisa destas técnicas. Palavras-chave: corrosão, meio ambiente, proteção catódica,contaminação ambiental. EMA - 5

2 1. INTRODUÇÃO O aço-carbono tem sido o material mais empregado na maioria dos segmentos de bens de produção básicos da sociedade. E, nestas últimas décadas, tem havido progressos consideráveis, tanto na fabricação de novas ligas ferrosas quanto no desenvolvimento de novos materiais. Mas, pelo seu baixo custo e pela amplitude do uso do aço-carbono, é de se esperar que o campo de exposição à deterioração também ocorra de maneira ampla. Segundo Gentil [1], o processo corrosivo tem acarretado no cotidiano uma série de problemas, seja na construção civil, nas explosões de caldeiras, nos rompimentos de adutoras de água, nos derramamentos de petróleo, provocados por furos em tanques e oleodutos. Nas instalações de refino de petróleo e nas petroquímicas, onde cerca de 50% das falhas de materiais estão creditadas à corrosão. Na ótica de Mainier et al.[2], os parques de tanques de combustíveis e de produtos químicos em geral estão sujeitos à corrosão interna e externa, respectivamente, pelos produtos e pelas condições ambientais reinantes. Os riscos de poluição ocasionados pelos vazamentos vão depender das condições hidrogeológicas locais. Para Foster et al. [3], os acidentes ambientais implicam numa carga poluidora no subsolo envolvendo muitas vezes derivados de petróleo e/ou substâncias químicas perigosas. Essa carga pode ser também decorrente de transporte, vazamento devido às falhas operacionais ou à corrosão das tubulações e dos tanques enterrados. No período de 3 anos ( ), cerca de 56 % dos acidentes ocorreram durante o transporte; 83% envolviam produtos químicos potencialmente perigosos; e 82% dos casos de rupturas de tanques de armazenamento e tubulações foram associados à corrosão. O mesmo estudo aponta acidentes catastróficos com relação às águas subterrâneas. Na costa norte de Porto Rico, o episódio envolveu a perda de cerca de litros de substância química devido à ruptura de um tanque subterrâneo em uma instalação farmacêutica na zona central de um aqüífero costeiro. Ainda, segundo Foster et al.[3], foram formadas equipes de trabalho multidisciplinares para definir e aquilatar a área atingida, monitorar os poços de produção de água potável, desenvolver tecnologias para limpeza e manutenção e propor abastecimentos alternativos dos poços que tiveram sua produção paralisada. Os custos dos processos de remoção dos contaminantes já ultrapassam 10 milhões de dólares. O fato é que os prejuízos causados pelos danos de corrosão, do ponto de vista econômico, atingem custos extremamente altos, tanto diretos como indiretos, resultando em consideráveis desperdícios de investimento; isto sem falar dos acidentes e perdas de vidas humanas, provocadas por contaminações, poluição e falta de segurança dos equipamentos. Na avaliação de custos, às vezes, o valor de um novo material, que substituirá o antigo, é cerca de vinte a cinqüenta vezes mais caro, fato que acaba determinando a opção pelo uso de um aditivo químico no retardamento ou na inibição do processo corrosivo. Tal alternativa resulta, muitas vezes, mais desastrosa, tendo em vista que estes produtos, pela toxidez, acabam acarretando, com seu despejo ou vazamento, uma agressão muito maior ao meio ambiente. Devido às cifras astronômicas de desperdício, cerca de 3,5% do Produto Nacional Bruto, as grandes indústrias do primeiro mundo vêm investindo em pesquisas, no sentido de repensar projetos e processos, em buscas de soluções combinatórias, ao mesmo tempo mais eficazes e menos onerosas. Mesmo com os avanços tecnológicos no desenvolvimento de novos materiais, novos produtos químicos, novos processos ou adequações de processos tradicionais, os problemas de corrosão persistem, exigindo novos estudos, como é o caso de ligas especiais de alta resistência mecânica ou de materiais compósitos. Estes acontecimentos acabam significando que corrosão é um permanente desafio ao homem, pois quanto mais a ciência cria e evolui e a tecnologia aplica e avança, mais ela encontra espaço e maneiras de se fazer presente. A disciplina Corrosão oferecida aos Cursos de Engenharia da Universidade Federal Fluminense tem procurado associar e integrar o conhecimento da corrosão e das técnicas anticorrosivas com o Meio Ambiente, no sentido de desenvolver uma abordagem técnico-científica que venha contemplar as idéias geradas e as experiências adquiridas no ensino e na pesquisa destas técnicas. Para viabilizar este processo de ensino-aprendizagem (figura 1) tomaram-se como tema central os vazamentos dos tanques dos postos de gasolina tendo em vista a interação como o cotidiano do homem, a ampla repercussão na mídia com relação aos vazamentos e riscos de explosão e finalmente pelo fato de que, no Brasil, o número destes tanques subterrâneos é da ordem de Corrosão Técnicas anticorrosivas Conhecimento Meio ambiente Experimentos laboratoriais Figura 1 Processo de ensino-aprendizagem EMA - 6

3 2. A MÍDIA E AS CONTAMINAÇÕES AMBIENTAIS O processo de conhecimento dos princípios da corrosão e da proteção anticorrosiva, bem como de sua adequação prática no campo da engenharia de equipamentos, tem sido um desafio no nosso país, pois além dos altos custos alocados, em certos casos implica em contaminações em produtos, poluição ambiental, comprometimento da segurança, causando acidentes e até perdas de vidas humanas.com relação aos postos de gasolina, o problema é grave, pois, existem cerca de tanques, sendo que grande parte destes tanques possui mais de 20 anos e provavelmente estão com sua estrutura comprometida. A seguir, são apresentadas fotos (figuras 2 a 5) de tanques enterrados que apresentaram problemas de corrosão. Figuras 2 a 5 Tanques de gasolina com problemas de corrosão Como referendo, a mídia tem apresentado casos de vazamentos em postos de gasolina onde são relatados a insegurança e o medo de explosões, conforme mostram as figuras 6 e 7 e os fragmentos do noticiário, a seguir: Figuras 6 e 7 Vazamentos em postos de gasolina EMA - 7

4 Gasolina vaza e assusta moradores. Um vazamento de gasolina no subsolo de dois prédios na avenida Cidade Jardim, Jardim Europa (zona oeste de SP) causou muita confusão no bairro ontem à tarde. Cerca de 300 funcionários da agência do Banco Itaú foram obrigados a sair do prédio.muitas pessoas ficaram apavoradas com o risco da explosão. O posto é tido como o principal suspeito da origem do vazamento, pela inclinação da rua e proximidades do prédio. (Folha de S. Paulo, 27/09/96, p.3-5). Explosão no subsolo do Itaú deixou 2 feridos Cetesb detecta gasolina sob calçada de banco na zona oeste. Técnicos da Cetesb (Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental) fizeram perfurações ontem na calçada em frente ao prédio do Itaú na avenida Cidade Jardim (zona oeste) e detectaram a presença de combustível, provavelmente gasolina, em três pontos. O combustível foi detectado a cerca de três metros e meio de profundidade, no lençol subterrâneo de água que passa pelo local. Na última quinta feira, foi encontrado combustível nos tanques de drenagem que ficam no subsolo dos prédios do Itaú e da agência de publicidade DPZ. Cerca de 300 litros do produto foram bombeados. No último sábado, uma explosão no subsolo do Itaú acabou deixando duas pessoas feridas. Os prédios foram interditados (Folha de S. Paulo, 02/10/96, p.3-6). Vazamento provoca interdição do posto. A Agência Nacional de Petróleo (ANP) e a Defesa Civil do Município interditaram, ontem, por tempo indeterminado, o Posto Indianápolis, na Rua São Francisco Xavier 127, na Tijuca. Quinta-feira, moradores do prédio número 132, localizado em frente, começaram a sentir forte cheiro de gasolina e chamaram os bombeiros. Sob a garagem, existe um lençol de água, que acabou sendo contaminado pela gasolina.(o Dia, 17/04/1999, p.4). 3. MECANISMOS DE CORROSÃO As estruturas metálicas enterradas em solos agressivos ou submersas, sejam em águas doces ou salgadas, podem estar expostas à corrosão eletroquímica ou à corrosão eletrolítica. A corrosão eletroquímica é um processo espontâneo, passível de ocorrer quando o metal ou liga está em contato com um eletrólito, onde acontecem, simultaneamente, as reações anódicas e catódicas. A transferência dos elétrons da região anódica para a catódica é feita por meio de um condutor metálico, e uma difusão de ânions e cátions na solução fecha o circuito elétrico. A intensidade do processo de corrosão é avaliada pelo número de cargas de íons que se descarregam no catodo ou, então, pelo número de elétrons que migram do anodo para o catodo. As reações anódicas e catódicas envolvidas, bem como um aspecto deste processo corrosivo, é apresentado na figura 8. Meio básico/neutro não aerado Fe Fe 2+ H 2O Meio básico/neutro aerado Fe Fe 2+ H 2 O, O 2 e OH e e H e OH 2 OH Fe - 2 e Fe 2+ Fe - 2 e Fe 2+ 2H 2O + 2 e H 2 + 2OH H 2O +1/2 O e 2OH Figura 8 Corrosão eletroquímica A corrosão eletrolítica se caracteriza por ser um processo eletroquímico, que se dá com aplicações de corrente elétrica externa. Isto significa que é um processo não espontâneo de corrosão. Ela é provocada por correntes de fuga, também chamadas de parasitas ou estranhas. Este fenômeno ocorre com freqüência em gasodutos, em oleodutos, em adutoras de água potável, em cabos telefônicos enterrados, em tanques de postos de gasolina, etc. Geralmente, estas correntes são devidas às deficiências de isolamentos ou de aterramentos, fora de especificações técnicas. Normalmente, acontecem furos isolados nas instalações, onde a corrente escapa para o solo, conforme mostra o mecanismo proposto na figura 9, enquanto a foto da figura 3, apresenta grandes alvéolos externos, localizados e com penetração total das paredes dos tubos. EMA - 8

5 Equipamento aterrado Correntes de fuga Meio corrosivo (solo ) Catodo Corrente i anodo Tubulação Reação catódica: 2H 2O + 2 e H 2 + 2OH Reação anódica: Fe -2 e Fe 2+ Figura 9 - Corrosão eletrolítica 4. PROTEÇÃO ANTICORROSIVA A proteção catódica, segundo Dutra & Nunes [4], é a técnica que, baseada nos princípios da eletroquímica, transforma a estrutura metálica que se deseja proteger em uma pilha artificial, evitando, assim, que a estrutura se deteriore. É graças à proteção catódica que milhares de quilômetros de tubulações enterradas para o transporte de água, petróleo, gás e produtos químicos, assim como, grandes estruturas portuárias e plataformas marítimas de produção de petróleo, tanques enterrados operam com segurança, protegidos da corrosão. A proteção catódica de estruturas metálicas é baseada na injeção de corrente elétrica por meio de duas técnicas: a proteção por anodos galvânicos (espontânea) e a proteção por corrente impressa (não-espontânea). Nos sistemas por anodos galvânicos ou de sacrifício, a corrente de proteção catódica é fornecida pela diferença de potencial que existe entre o anodo galvânico (alumínio, magnésio ou zinco) e a estrutura metálica de aço-carbono. Na proteção catódica de uma estrutura metálica, o fluxo de corrente elétrica é fornecido pela diferença de potencial entre a superfície metálica a ser protegida e o anodo, que tem um potencial mais negativo, segundo as reações eletroquímicas a seguir: Anodo de zinco - Zn Zn e Estrutura metálica (catodo) - 2 H 2 O + 2 e 2 OH + H 2 Os anodos empregados na proteção catódica são constituídos de ligas de alumínio, de magnésio e de zinco. Sua seleção no projeto de proteção dependerá de vários fatores, sendo mais importantes o custo e a resistividade ou a condutividade do meio. Os anodos possuem limitações, os de zinco podem ser utilizados em solos e em água do mar, os de magnésio, em água doce, e os de alumínio em água do mar. Os sistemas de anodos galvânicos possuem algumas limitações e desvantagens, por exemplo, não podem ser utilizados onde existem correntes parasitas ou de interferência, não permitem uma regulagem da corrente injetada e os anodos devem ser repostos após o consumo. Na proteção catódica por corrente impressa, as estruturas metálicas enterradas recebem a corrente de proteção de uma fonte externa de corrente ou retificador, instalado na superfície e utilizando um conjunto dispersor de corrente no eletrólito, constituído por um leito de anodos inertes. A fonte de corrente elétrica, representada por retificador, converte a corrente alternada de alimentação em corrente contínua e injeta esta corrente no solo por meio de anodos inertes, cuja seleção depende de vários fatores, como custo, vida útil, condutividade ou resistividade do meio corrosivo. A corrosão das tubulações e tanques enterrados em postos de serviço pode ser eliminada pela aplicação adequada da proteção catódica. A proteção catódica atua como complemento das falhas e dos poros de revestimento externo dos tanques e protege com eficiência, também, as tubulações galvanizadas. Os revestimentos utilizados em escala econômica para revestir os tanques externamente, não conseguem eliminar as pilhas de corrosão. Eles possuem poros e falhas, podendo absorver umidade e envelhecer com o passar do tempo, deixando áreas ou pontos expostos ao solo. A corrente de proteção catódica penetra, justamente, nessas áreas expostas, eliminando totalmente a corrosão, em qualquer época e em qualquer ponto do tanque que essas falhas e poros apareçam. Verifica-se, dessa maneira, que os revestimentos convencionais não conseguem, sozinhos, garantir a proteção dos tanques enterrados, precisando ser complementados pela proteção catódica. EMA - 9

6 O esquema de proteção catódica por corrente impressa de tanques enterrados é apresentado na figura 10. Retificador Anodos Figura 10 Esquema de proteção catódica de tanques enterrados Após a instalação do sistema de proteção catódica, é necessário verificar se os tanques ficaram protegidos contra a corrosão. Esta verificação deve ser feita mediante medições dos potenciais dos tanques em relação ao solo. Uma vez que os tanques sejam mantidos dentro dos níveis mínimos de potencial, a corrosão externa ficará eliminada, qualquer que seja o estado do revestimento utilizado. Desta forma, esta técnica minimiza a possibilidade de vazamentos e de contaminações ambientais. As medições dos potenciais tanque/solo de um posto de serviço devem ser feitas com o auxílio de um voltímetro de alta resistência interna e um eletrodo de referência de Cu/CuSO 4 (cobre/sulfato de cobre), de tal forma, que com o sistema de proteção catódica ligado, o potencial tanque/solo seja igual ou mais negativo que -0,85V, medido entre o tanque e o eletrodo de Cu/CuSO 4 [5]. 5. EXPERIMENTOS DE LABORATÓRIO Os experimentos apresentados a seguir visam: facilitar e ampliar a compreensão do processo d corrosão e das técnicas de proteção catódica; despertar no aluno a necessidade do desenvolvimento e do esclarecimento de mecanismos físicoquímicos, envolvidos em cada processo; estimular a busca incessante da inovação tecnológica, através de projetos especiais, e, se necessário romper os rumos dos experimentos tradicionais; formar a consciência técnico-crítica-ambiental. 5.1 Descrição do experimento: Proteção catódica por anodos galvânicos Duas chapas de aço-carbono (20 cm x 20 cm) são fixadas em uma caixa de polipropileno com capacidade de 250 L, contendo água do mar, conforme mostra a figura 11. A cada chapa é conectado um anodo galvânico (zinco ou alumínio). Um agitador e um borbulhador de ar são adicionados ao sistema, visando a criar a oxigenação no meio corrosivo. As medidas de potencial devem ser feitas duas vezes por dia, para avaliar a proteção catódica. 5.2 Descrição do experimento: Proteção catódica por corrente impressa Três chapas de aço-carbono (20 cm x 20 cm) são fixadas numa caixa de polietileno, com capacidade para 25 L de água do mar. As chapas são conectadas ao pólo negativo do retificador de corrente, enquanto o anodo é fixado ao pólo positivo (figura 12). Para avaliar a capacidade de proteção das chapas, é feita uma programação de injeção de corrente, verificandose a liberação de oxigênio ou de cloro nos anodos inertes. EMA - 10

7 agitador Aço Aço Ar _ aço Anodo Inerte + Fonte Al Zn Água do mar Figura 11 Experimento de proteção catódica galvânica Água do mar Figura 12 Experimento de proteção catódica por corrente impressa 6. CONCLUSÕES Com base no exposto pode-se concluir que: a corrosão é um permanente desafio ao homem, pois quando mais a ciência cria e evolui e a tecnologia aplica e avança, mais ela encontra espaço e maneiras de se fazer presente; a proteção catódica pode ser considerada uma técnica de preservação ambiental com sucesso quando utilizada na proteção externa de oleodutos, gasodutos, adutoras e tanques subterrâneos ou apoiados no solo; é importante ressaltar a necessidade de proteção anticorrosiva em tanques de armazenamento de combustíveis diante da responsabilidade social de preservação do meio ambiente, principalmente, com relação às contaminações do lençol freático; a consciência técnica crítica, na dimensão dos projetos de parques de tanques ou de postos de gasolina, deve ser fundamentada nos Cursos de Engenharia visando à formação de um profissional consciente com as técnicas anticorrosivas compatíveis com o meio ambiente. 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] V. Gentil, Corrosão. Rio de Janeiro: LTC Livros Técnicos e Científicos Editora, [2] F.B. Mainier; J.C. Ferreira; L. P. Nunes, Uma visão crítica da importância da proteção catódica nos projetos de tanques de armazenamento de combustíveis e produtos químicos com relação à proteção de aqüíferos. Anais: 4º Seminário de Proteção Catódica e Controle de Interferência, Associação Brasileira de Corrosão, 8/10 junho, São Paulo, 1994, p.200. [3] S. Foster, M. Vergara, R. Hirata, Poluição das águas subterrâneas. São Paulo: Governo do Estado de São Paulo, Secretaria do Meio Ambiente, 1993, 55p. [4] A. C. Dutra, & L. P. Nunes, Proteção catódica Técnica de combate à corrosão. Rio de Janeiro; Editora Técnica, 1987, 208p. [5] L. P.Gomes Sistemas de Proteção Catódica para Postos de Serviço. Anais: I Encontro Técnico sobre Questões Ambientais em Postos de Serviço. CETESB S.Paulo, EMA - 11