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1 COMUNICAÇÃO TÉCNICA Nº Resolvendo problemas práticos com técnicas eletroquímica Zehbour Panossian Palestra apresentado no Seminário de Inovação Industrial em Eletroquímica, 2., 2016, São Paulo A série Comunicação Técnica compreende trabalhos elaborados por técnicos do IPT, apresentados em eventos, publicados em revistas especializadas ou quando seu conteúdo apresentar relevância pública. Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S/A - IPT Av. Prof. Almeida Prado, 532 Cidade Universitária ou Caixa Postal 0141 CEP São Paulo SP Brasil CEP Tel /4000 Fax

2 Resolvendo problemas práticos com técnicas eletroquímica Zehbour (Zepir) Panossian Agosto de 2016

3 Conteúdo Introdução Monitoramento de corrosão de dutos Calibração de sensores de corrosão por ultrassom Monitoramento de estruturas de concreto Conclusão 2

4 Introdução A era industrial está caminhando para uma mudança profunda. Os produtos comercializados estão rapidamente migrando para serviços: não se compra o produto, mas sim o que o produto pode oferecer de maneira contínua, sem falhar.

5 Introdução O prestador de serviço quer evitar falhas em serviço, especialmente aquelas acidentais com consequências que denigrem a sua imagem. Produtos de melhor qualidade e com mínimo de manutenção estão sendo requeridos cada vez mais!!!

6 Introdução Monitoramento está sendo e será cada vez mais o grande aliado para que um serviço esteja sempre disponível com mínimo de interrupção. Para os materiais metálicos, o monitoramento por meio de técnicas eletroquímicas é um dos mais usados e promissores.

7 Monitoramento da corrosão em dutos que transportam líquidos corrosivos

8 Monitoramento da corrosão de dutos Duas técnicas podem ser utilizadas para monitorar a corrosão de dutos: Sonda de resistência sensor constituído por uma pilha de lâminas metálicas muito finas ou vários cilindros muito finos concêntricos; à medida que uma lâmina (ou cilindro) é corroído, ocorre o aumento da resistência elétrica do sensor, fato detectado e transformado em taxa de corrosão; o metal tem a mesma composição química das paredes da tubos. Sonda Rp de dois eletrodos: duas barras do mesmo metal constituinte do duto; Determina-se a resistência de polarização e estima-se a taxa de corrosão. 7

9 Monitoramento com sonda de resistência 8

10 Monitoramento da corrosão de dutos Objetivo Implantar sistema que detecte mudanças na corrosividade de petróleo descarregado de navios e envie um ALARME para a operação para orientar ações mitigadoras. Qual usar? Sonda de resistência ou polarização linear?

11 Monitoramento da corrosão de dutos Ensaios loop de corrosão: Ambos os sensores instalados. Avaliação foi feita com dois tipos de fluidos: alternando solução salina diluída e solução salina concentrada. Ambas de alta condutividade porém diferentes entre si; Alternando petróleo e água produzida. Um isolante e outro condutor. Água produzida: termo usado no setor de óleo e gás para denominação da água que é injetado e que vem junto com o óleo bombeado.

12 Monitoramento da corrosão de dutos Ensaio em cloreto de sódio 0,5 % e 5,0 % Sonda de resistência Sonda de polarização linear Resposta melhor da sonda de polarização linear

13 Monitoramento da corrosão de dutos Ensaio em petróleo e água produzida Sonda de resistência Sonda de polarização linear Resposta melhor da sonda de resistência

14 Monitoramento da corrosão de dutos Recomendação de instalação de sonda de resistência com sistema de alarme.

15 Calibração de sensores de corrosão que usam outras técnicas (ultrassom)

16 Calibração do equipamento Provus Desenvolvido na POLI Departamento de Mecatrônica um equipamento de ultrassom de alta sensibilidade capaz de detectar perda de espessura de cerca 1 µm. A grande vantagem da técnica de ultrassom é ser não intrusiva (não é necessário entrar em contato com o fluido transportado). O objetivo principal desse desenvolvimento é a monitoração de dutos imersos (mar), condição que apresenta dificuldades de instalação de sensores e em que as taxas de corrosão são relativamente elevadas: Taxas superiores a 10 µm/mês são considerados críticos; Taxas entre 2 µm/mês e 10 µm/mês, são considerados moderados. 15

17 Calibração do equipamento Provus Objetivo Demonstrar que o equipamento desenvolvido é capaz de detectar rapidamente e com confiabilidade valores baixos de perda de espessura dentro da faixa considerada moderada (perda de 2 µm em um mês). Como? Provocar a corrosão forçada e controlada do aço-carbono: aplicar uma corrente constante por períodos de tempo préestabelecidos, medir a carga e determinar a perda de espessura pela lei de Faraday. Água de formação Petróleo

18 1 7 Calibração do equipamento Provus Tubo de aço-carbono pintado interna e externamente com exceção de uma área pré-estabelecida; Imersão em solução corrosiva (NaCl 3,5 %); Aplicação de uma corrente conhecida por tempo determinado (a corrente era variada sem o conhecimento dos pesquisadores que faziam o tratamento de dados).

19 Perda de espessura (µm) Calibração do equipamento Provus Resultados: excelentes!!!!! Calculada a partir da corrente e tempo (Faraday) Calculada a partir dos dados de ultrassom Corrente aplicada (ma/cm 2 ) Água de formação Petróleo

20 Calibração do equipamento Provus Atualmente o equipamento está sendo comparado com outras técnicas (tecnologias internacionais)!

21 Monitoramento de estruturas de concreto. Estudos de validação no IPT em curso

22 Monitoramento de estruturas de concreto Manutenções cada vez mais caras e mais problemáticas. A durabilidade sem manutenção de obras civis cada vez mais necessárias. Vida útil de 100 anos no exterior é comum. Já há exigências de 50 anos no Brasil. Embutimento no concreto de cobrimento de sensores de aquisição contínua de dados com transmissão (on line) ou de medidas periódicas: Potencial de circuito aberto; Corrente galvânica; Taxa de corrosão pelo método de resistência de polarização e impedância eletroquímica; Medida de resistividade do concreto (teor de umidade) e teor de cloretos.

23 Monitoramento de estruturas de concreto estruturas novas: sensores são posicionados junto as armaduras antes da concretagem; como em estruturas existentes: sensores introduzidos em furos realizados ao longo da espessura do concreto de cobrimento da armadura.

24 Sensores galvânicos Metais diferentes (AN e CAT) ou Mesmo metal: AC ativo e AC passivo Amperímetro de resistência nula 1990 AN (anodo) aço-carbono, pode ser a armadura

25 Sensores galvânicos O 2 Cl - H 2 O Superfície do concreto Ti/Pt Seis barras de aço-carbono; catodo de barra de Ti revestido com óxido de Pt; barra de aço soldado à armadura; caixa de medição. Medição: Potencial entre cada barra vs Ti/Pt e armadura vs Ti/Pt; Corrente entre cada barra e Ti/Pt e armadura e Ti/Pt (após 5 s e depois de 24 h).

26 Sensores galvânicos Avaliação: não é o valor absoluto da corrente que deve ser considerado, mas sim a variação de seus valores ao longo do tempo; isso permite o uso de pseudo-referência. No caso de eletrodos de referência, os valores absolutos de potencial podem ser também usados como indicativo de estado ativo e passivo; fabricantes de sensores galvânicos normalmente relacionam valores limites a corrente galvânica vs estado ativo ou passivo de corrosão, com ressalvas.

27 Determinação da taxa de corrosão - RP Quatro barras de aço Eletrodo de referência de Ag/AgCl Contraeletrodo de aço inoxidável Potenciostato portátil

28 Determinação da taxa de corrosão - RP Calibração: As medidas realizados logo após a instalação deve fornecer taxas de corrosão semelhantes para as quatro barras e para a armadura. Como a área das barras é conhecida, pode-se estimar a área lida da armadura. Medição: Taxa de corrosão das quatro barras e da armadura cuja área foi estimada. Avaliação Variação das taxas de corrosão ou comparação com valores de referência.

29 Superfície do concreto Sensor Determinação da taxa de corrosão - RP Obras instaladas Técnica de resistência de polarização - 3 eletrodos Eletrodo de referência - ER (Mn/MnO 2 ) Eletrodo de trabalho - ET armadura Contra eletrodo - CE barra de aço inoxidável Guard-rings (p/ confinamento da corrente) Concreto Contato elétrico c/ armadura terminal de aquisição e armazenamento dos dados c/ transmissão remota ou conexão com PC

30 eterminação da taxa de corrosão - EIE Técnica de impedância eletroquímica - 2 eletrodos Obras novas! Sensor posicionado sobre a armadura antes da concretagem. Eletrodo de referência/contraeletrodo barra de aço-carbono Na superfície do concreto: terminal de aquisição e armazenamento dos dados c/ transmissão remota ou conexão com PC Eletrodo de trabalho barra de aço-carbono

31 Impedância eletroquímica: monitoramento da resistividade e do perfil de umidade do concreto de cobrimento da armadura Resistividade e sensor de umidade Concreto de cobrimento da armadura Anéis de aço-inoxidável Anéis de vedação Resistência AC (100 Hz a 1000 Hz) entre 2 anéis adjacentes Resistividade estimada a geometria Curvas de calibração Perfil de umidade ou de resistividade Eletrodo de temperatura (embutido) Perfil de umidade muito elevado, menor deve ser o ingresso de gases (O 2 e CO 2 ) e maior deve ser o ingresso de íons cloreto no concreto exposto ao ambiente marinho

32 Monitoramento de estruturas de concreto O monitoramento permite um diagnóstico confiável do estado da armadura. Com isso, medidas mitigadoras podem ser tomadas para prolongar a vida útil e evitar acidentes!

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