Degradação e Protecção de Materiais

Transcrição

1 Degradação e Protecção de Materiais Capítulo 1.1 Introdução Docente: João Salvador Fernandes Lab. de Tecnologia Electroquímica Pavilhão de Minas, 2º Andar Ext. 1964

2 Dados sobre a cadeira Aulas Teóricas (2x semana) Aulas de Laboratório (1x semana) 8 trabalhos no horário há 2h x 14 semanas = 28h proponho que as aulas tenham 3h (8 x 3h = 24h) grupos de 3 alunos (máximo 4) máximo de 2/3 grupos em simultâneo (2/3 grupos na 3ª feira à tarde e 2/3 grupos na 4ª feira à tarde) avaliação contínua / preparação dos trabalhos todos os trabalhos têm relatório 6 relatórios pequenos 1 relatório completo (trabalhos 3 e 4 em conjunto) Aulas Práticas Problemas (1x semana) 2

3 Dados sobre a cadeira Método de Avaliação Exame Final (Peso = 70%) Laboratórios / Relatórios (Peso = 30%) Bibliografia Mário G.S. Ferreira, Princípios da Corrosão Electroquímica, Passivação, Tipos de Corrosão, IST, M.G. Fontana, Corrosion Engineering, 3rd edition, MacGraw-Hill Book Company, New York, 1987 D.A. Jones, Principles and Prevention of Corrosion, 2nd Ed., Prentice Hall, New Jersey, 1996 M. Hutchings, Tribology: Friction and Wear of Engineering Materials, Edward Arnold,

4 Dados sobre a cadeira Material de Estudo Acetatos das Aulas Disponibilizados na Internet (Fenix) Folhas do Prof. Mário Ferreira Secção de Folhas Guia do Laboratório Disponibilizado na Internet (Fenix) Enunciados de Problemas Disponibilizados na Internet (Fenix) 4

5 Definições de Corrosão Interacção físico-química entre um metal e o meio envolvente, da qual resultam mudanças nas propriedades do metal, levando frequentemente à sua inutilização ou do sistema técnico do qual faz parte ou ainda à alteração do meio (Federação Europeia de Corrosão) Deterioração de um material ou das suas propriedades devida a reacção com o meio envolvente (NACE) Algumas definições entendem que corrosão tem que envolver uma reacção electroquímica Outras definições, mais abrangentes, poderão incluir todas as alterações induzidas pelo meio sobre os materiais neste caso não só metais mas também polímeros, cerâmicos, pedra, madeira,... e admitem também que, para além do próprio material, as suas propriedades podem deteriorar-se 5

6 Considerações Energéticas A corrosão resulta da tendência que os materiais têm em voltar ao seu estado de menor energia, que é o que se encontra naturalmente no seu minério de origem: A obtenção do metal faz-se à custa do fornecimento de energia (processos metalúrgicos) A tendência do metal será, pois, voltar ao estado original, i.e., à sua forma oxidada Composto + Energia Metalurgia Corrosão Metal Mais energia necessária para a sua produção Menos energia necessária para a sua produção Magnésio Alumínio Zinco Crómio Ferro Níquel Estanho Chumbo Cobre Prata Platina Ouro Maior tendência para sofrer corrosão Menor tendência para sofrer corrosão 6

7 A corrosão à nossa volta automóveis: corrosão do chassis, corrosão da carroçaria canalizações (aço, aço galvanizado): corrosão externa e, principalmente, interna material de cozinha (panelas/tachos de alumínio ou mesmo de aço inox): exteriormente parecem limpos e brilhantes, mas no seu interior surge corrosão por picadas (sal) ou corrosão na linha de água monumentos: patina estruturas metálicas em engenharia (pintadas ou não) 7

8 Importância da Corrosão Metálica uso crescente de metais no campo tecnológico utilização de construções metálicas de grandes dimensões, mais susceptíveis à corrosão dos que as estruturas (pesadas) de pedra (do passado) meios cada vez mais agressivos, tanto em domínios de aplicação corrente (água e ar poluídos) como em domínios industriais (processos envolvendo reagentes agressivos e perigosos) utilização de metais raros caros, em certas aplicações especiais (energia atómica, domínio espacial). A falta de materiais resistentes pode mesmo ser um entrave ao progresso nessas áreas 8

9 Custos devidos à corrosão Custos directos Custos de substituição de peças danificadas (incluindo energia e mão de obra) Custos de manutenção de sistemas de protecção (revestimentos, protecção catódica,...) Custos indirectos Paralisações Perda de produto Perda de eficiência Contaminação de produtos Necessidade de sobredimensionamento dos projectos Outros custos Segurança de instalações, cuja falha pode resultar em perdas humanas (automóveis, aviões, pontes, tubagens, tanques, etc) Degradação de monumentos 9

10 Custos devidos à corrosão Em 1988, um Boeing da Aloha Airlines perdeu parte da sua fuselagem durante o vôo, causando a morte de um tripulante 10

11 Custos devidos à corrosão O acidente ocorrido em 1979 no reactor 2 de Three Mile Island teve origem numa fuga de fluido de arrefecimento que pode ter sido devida a corrosão sob tensão 11

12 Custos devidos à corrosão A Estátua da Liberdade está exposta à atmosfera marítima, ficando sujeita a vários tipos de corrosão (em particular corrosão galvânica do aço estrutural em contacto com o cobre do revestimento externo. O seu restauro, realizado nos anos 80, levou 5 meses a concluir e custou US$

13 Custos anuais da corrosão estimativa em 1998 (3.1% do PNB) PAÍS PNB 1998 (x10 3 milhões de dólares) CUSTO DA CORROSÃO (milhões de dólares) E.U.A Japão Alemanha França Inglaterra Portugal (690 milhões de contos) o custo anual devido a desastres naturais nos EUA é de aprox milhões de US$ o custo anual per capita da corrosão nos EUA é de $970/pessoa/ano estima-se que a quantidade de ferro destruída, anualmente, devido à corrosão, equivale a 25%-30% da produção anual de ferro. 13

14 Muitas das perdas por corrosão podem ser evitadas Um bom projecto e controlo (trabalhos do engenheiro) podem reduzir os custos da corrosão Durante as últimas décadas, muitas medidas foram desenvolvidas para minorar os efeitos da corrosão Ainda há muito para fazer, tanto ao nível do desenvolvimento científico e tecnológico como das práticas de gestão industrial Os custos da corrosão nunca serão completamente eliminados, mas ainda é possível uma redução de 25 a 30% dos custos anuais. Consultar 14

15 Selecção de um material Resistência à Corrosão Custos Resistência Mecânica MATERIAL Estética tica Maquinabilidade Disponibilidade 15

16 Cálculo de custos Relação entre valor actualizado e valor futuro de um investimento: ou VF = VA* (1 + i) VF VA = 1+ ( i) n n O Valor Actualizado Líquido é uma medida do retorno de um investimento: VAL = I + RE 1 + RE RE 1 2 ( 1+ i) ( 1+ i) ( 1+ i) n n em que I é o investimento (inicial), RE os resultados esperados para cada ano e i a taxa de juro considerada. 16

17 Cálculo de custos (cont.) Considerem-se três soluções alternativas de selecção de materiais para um permutador de calor: aço (com um custo de 8000 e uma vida útil de 2 anos); aço com protecção anticorrosiva (sistema de protecção com um custo acrescido de / ano e vida útil superior a 8 anos) aço inox (custo de e vida útil de 8 anos). Para comparar a rentabilidade de cada uma das opções, e dado que elas envolvem tempos de vida diferentes, é necessário aplicar o conceito de VAL Neste caso considera-se para RE apenas os custos (por isso negativos) 17

18 Cálculo de custos (cont.) Ano Aço Aço c/protecção Aço Inox VAL (5%) VAL (10%) => AÇO INOX (embora nem sempre adequado) 18

19 Usos benéficos da corrosão A Estátua da Imperatriz Sissi, no Funchal, da autoria do Mestre Lagoa Henriques, tira partido da corrosão como meio de acentuar o contraste entre o vestido (onde se observa uma patina azulada) e a pele (onde se conserva a cor natural do bronze). 19

20 Usos benéficos da corrosão Um anuncio da Audi ao seu modelo A2, com carroçaria em alumínio, tira partido da elevada resistência à corrosão deste material, comparada com a resistencia do aço. 20