PROGRAMA EQ-ANP. Processamento, Gestão e Meio Ambiente na Indústria do Petróleo e Gás Natural

Transcrição

1 PROGRAMA EQ-ANP Processamento, Gestão e Meio Ambiente na Indústria do Petróleo e Gás Natural ESTUDO DA CORROSÃO DE DUTOS ENTERRADOS EM SOLOS CONTAMINADOS POR SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS Aline Marta Vasconcelos Loureiro Tese de Mestrado Orientadoras Profa. Simone Louise Delarue Cezar Brasil, D.Sc. Profa. Lídia Yokoyama, D.Sc. Novembro de 2005

2 ESTUDO DA CORROSÃO DE DUTOS ENTERRADOS EM SOLOS CONTAMINADOS POR SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS Aline Marta Vasconcelos Loureiro Tese submetida ao Corpo Docente do Curso de Pós-Graduação em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos da Escola de Química da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Mestrado em Ciências. Aprovado por: Simone Louise Delarue Cezar Brasil, D.Sc. (orientadora presidente da banca) Lídia Yokoyama, D.Sc. (orientadora) José Maurílio da Silva, D. Sc. Ladimir José de Carvalho, D. Sc. Valéria Castro de Almeida, D. Sc. Rio de Janeiro, RJ - Brasil Novembro de 2005 i

3 Loureiro, Aline Marta Vasconcelos Loureiro. Estudo da corrosão de dutos enterrados em solos contaminados por substâncias químicas / Aline Marta Vasconcelos Loureiro. Rio de Janeiro: UFRJ/EQ, xvi, 135 p.; il. (Dissertação) Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola de Química, Orientadoras: Simone Louise Delarue Cezar Brasil e Lídia Yokoyama 1. Corrosão. 2. Dutos enterrados. 3. Contaminantes. 4. Tese. (Mestrado UFRJ/EQ). 5. Simone Louise Delarue Cezar Brasil e Lídia Yokoyama. I. Título. ii

4 Dedico este trabalho aos meus familiares e amigos que compreenderam os momentos de ausência e a Deus pela sua permanente presença. iii

5 Aprender é a única coisa de que a mente nunca se cansa, nunca tem medo e nunca se arrepende. (Leonardo da Vinci) iv

6 AGRADECIMENTOS Às minhas orientadoras, Professora Simone Louise Delarue Cezar Brasil e Professora Lídia Yokoyama, por todo apoio, motivação e confiança depositados neste trabalho. Ao professor Marcio Marangon, da Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF), pela doação do LATOSSOLO VERMELHO-AMARELO utilizado neste trabalho. À amiga Lisiane Gonçalves Lima pela sua valiosa colaboração e apoio durante a fase experimental de minha tese. Ao professor Luiz Roberto Martins de Miranda, do Laboratório de Corrosão da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), pelos ensinamentos durante e após a disciplina de Corrosão. Aos pesquisadores, do Centro de Pesquisas da Petrobrás (CENPES), Walmar Baptista e Rosane Brito, pelo empréstimo do medidor de resistividade de solos NILSSON, essencial para a execução dos ensaios iniciais de resistividade do solo. Aos pesquisadores, do Centro de Pesquisas de Energia Elétrica (CEPEL), Cristina Amorin e Mauro Zanini Sebrão pelo empréstimo de material bibliográfico que, sem dúvida, foi de grande contribuição para o enriquecimento do trabalho. Ao técnico Flávio Maia pela confecção dos eletrodos de trabalho e dos corpos-deprova para o ensaio de perda de massa. Ao técnico Helio Resende, por sua presteza e companhia durante a realização dos ensaios no laboratório. Aos colegas de Mestrado, da Escola de Química, Verônica e Walber, pela amizade conquistada ao início do curso. Aos colegas de Mestrado, do Laboratório de Corrosão da UFRJ, Alysson e Schultz pelos conhecimentos transmitidos na área de corrosividade de solos. Aos meus pais e familiares, pelo carinho e paciência. À Escola de Química, pela graduação no curso de Química Industrial, que forneceu a base para esta vitória. Ao apoio financeiro da Agência Nacional do Petróleo ANP e da Financiadora de Estudos e Projetos FINEP por meio do Programa de Recursos Humanos da ANP para o Setor de Petróleo e Gás PRH-ANP/MCT, em particular ao PRH 13, da Escola de Química - Processamento, Gestão e Meio Ambiente na Indústria do Petróleo e Gás Natural. v

7 Resumo da Tese de Mestrado apresentada ao Curso de Pós-Graduação em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos da Escola de Química/UFRJ como parte dos requisitos necessários para obtenção do grau de Mestre em Ciências, com ênfase na área de Petróleo e Gás Natural. ESTUDO DA CORROSÃO DE DUTOS ENTERRADOS EM SOLOS CONTAMINADOS POR SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS Aline Marta Vasconcelos Loureiro Novembro, 2005 Orientadoras: Profa. Simone Louise Delarue Cezar Brasil, D.Sc. Profa. Lídia Yokoyama, D.Sc. A corrosão provocada pelo solo em dutos enterrados é um assunto de interesse para a indústria do petróleo, pois o aço-carbono tem sido vastamente utilizado como material de dutos transportadores de gás e derivados de petróleo. Vazamentos de produtos químicos oriundos de indústrias próximas a locais de passagem de dutos ocasionam alteração das características naturais dos solos, modificando suas propriedades físico-químicas e provocando impactos negativos. Este trabalho visa estudar a influência de algumas substâncias químicas na corrosividade de solos sobre o aço-carbono em condições drásticas tais como isenção de técnica de proteção no metal (representação de possível falha ou insuficiência de proteção) e alto teor de umidade no meio (situação de baixa resistividade). Tomando por base a Classificação de Solos Brasileira, os LATOSSOLOS possuem a maior representação geográfica no Brasil, sendo a sub-ordem VERMELHO- AMARELO a mais abundante. Assim, este solo foi escolhido para estudo, sendo as amostras de solo contaminadas por três substâncias industriais, representadas por um ácido (ácido sulfúrico), uma base (amônia) e um composto orgânico (1,2-dicloroetano ou DCE). Para o conhecimento das condições mais agressivas do meio, inicialmente foi verificada a variação da resistividade do solo em função do teor de umidade, teor de cada contaminante e do tempo de contato. Na segunda etapa, foram preparadas amostras de solo com o teor de umidade correspondente à resistividade mínima (maior corrosividade). As amostras isentas de contaminante (ensaio em branco) foram comparadas com as amostras que receberam a adição de cada um dos contaminantes industriais, permanecendo por até quatro meses. A agressividade total do solo foi avaliada a partir de Ensaios de Perda de Massa, Ensaios Eletroquímicos e medidas do Índice de Steinrath, que consiste no somatório de índices parciais para cada parâmetro físico-químico que influencia o poder corrosivo do solo. Foi verificado que a adição de contaminantes ao solo úmido resultou na seguinte ordem crescente de agressividade ao meio: 1,2-dicloroetano < amônia < ácido sulfúrico. Os Ensaios de Polarização e o uso do critério de avaliação de corrosividade do solo pelo Índice de Steinrath nem sempre concordaram com os resultados obtidos nos Ensaios de Perda de Massa no solo estudado. vi

8 Abstract of a Thesis presented to Curso de Pós-Graduação em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos - EQ/UFRJ as partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science with emphasis on Petroleum and Natural Gas. CORROSION STUDY OF BURIED PIPELINES ON SOIL CONTAMINATED BY CHEMICALS Aline Marta Vasconcelos Loureiro November, 2005 Supervisors: Profa. Simone Louise Delarue Cezar Brasil, D.Sc. Profa. Lídia Yokoyama, D.Sc. The corrosion of buried pipelines is an interest subject for oil industry because carbon steel has been widely employed in these pipelines for transportation of products like oil and gas. If an accident happens, chemical compounds can spill and change the natural characteristics of the soil. This alters physical-chemistry properties of the soil inducing negative impacts. This present study aims to observe the influence of some chemicals on soil corrosiveness upon carbon steel, when it is submitted to drastic conditions, as in the absence of any protection method (representation of possible failure or insufficient protection) and high moisture content (slow resistivity). According to the Brazilian Soil Classification, LATOSSOLOS are the type of the soil with most geographic representation in Brazil. Consequently, this soil sample would be ideal for investigating effects of corrosiveness on pipelines on typical Brazilian soil. Three industrial compounds were chosen for representation of principal industrial effluents: an acid (sulphuric acid), an alkali (ammonia) and an organic compound (1,2-dichloroethane). First, the most aggressiveness conditions in relation of humidity content, amount of each contaminant and contact time was determinated. After, soil samples were prepared by addiction of distillated water reaching the minimum resistivity (blank test). Also it was added the industrial compounds to samples of LATOSSOLO in order to evaluate the total soil aggressiveness through measures of weight loss, electrochemistry tests and Steinrath s Index (sum of partial indexes for some physical-chemistry parameters) for up to four months. Considering each one of the three contaminants added to the humid soil studied, the aggressiveness increases in this order: 1,2-dichloroethane < ammonia < sulfuric acid. The results obtained by polarization essays and Steinrath s Index not agreed with weight loss tests for this soil studied. vii

9 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO E OBJETIVOS REVISÃO BIBLIOGRÁFICA DEFINIÇÃO DE SOLO HORIZONTES DO SOLO FASES DO SOLO PROPRIEDADES MORFOLÓGICAS DO SOLO COR TEXTURA ESTRUTURA CONSISTÊNCIA ph DO SOLO PROPORÇÃO SOLO:ÁGUA PRESENÇA DE SAIS NO SOLO DETERMINAÇÃO DE ph CLASSIFICAÇÃO DOS SOLOS NO BRASIL LATOSSOLOS LATOSSOLO VERMELHO-AMARELO (LV) CONTAMINAÇÃO DO SOLO INTRODUÇÃO À CORROSÃO EM SOLOS CORROSIVIDADE DE SOLOS TEXTURA E ESTRUTURA DO SOLO RESISTIVIDADE POTENCIAL REDOX POTENCIAL DE HIDROGÊNIO UMIDADE CLORETO SULFATO SULFETO AVALIAÇÃO DA CORROSIVIDADE ÍNDICE DE STEINRATH CRITÉRIO DE ROBINSON CRITÉRIO DA ACIDEZ CRITÉRIO DE STARKEY E WIGHT CRITÉRIO DE BOOTH CRITÉRIO DE GIRARD CRITÉRIO DE GOTLIEB E VIEIRA AVALIAÇÃO DA CORROSIVIDADE PELA NORMA DIN AVALIAÇÃO DA CORROSIVIDADE POR ENSAIOS ELETROQUÍMICOS AVALIAÇÃO DA CORROSIVIDADE POR ENSAIOS DE PERDA DE MASSA DIAGRAMAS DE POURBAIX CORROSÃO EM DUTOS ENTERRADOS O TRANSPORTE DUTOVIÁRIO CAUSAS DA CORROSÃO EM METAIS ENTERRADOS PREVENÇÃO E CONTROLE DA CORROSÃO Proteção Catódica e Revestimentos viii

10 3 MATERIAIS E MÉTODOS A AMOSTRA DE SOLO RAZÃO DA ESCOLHA DO LATOSSOLO VERMELHO-AMARELO OS CONTAMINANTES RAZÃO DA ESCOLHA DOS CONTAMINANTES OS CORPOS-DE-PROVA ANÁLISES FÍSICO-QUÍMICAS DA AMOSTRA DE SOLO MEDIDAS DE ph UMIDADE GRAVIMÉTRICA ESTUDO DA VARIAÇÃO DA RESISTIVIDADE DO SOLO VARIAÇÃO DA RESISTIVIDADE DO SOLO EM FUNÇÃO DO TEOR DE ÁGUA VARIAÇÃO DA RESISTIVIDADE DO SOLO ÚMIDO EM FUNÇÃO DA ADIÇÃO DE CONTAMINANTES VARIAÇÃO DA RESISTIVIDADE EM FUNÇÃO DO TEMPO Solo Contendo Diferentes Teores de Umidade Solo Contendo Contaminantes AVALIAÇÃO DA CORROSIVIDADE DO SOLO ENSAIOS ELETROQUÍMICOS ENSAIOS DE PERDA DE MASSA ÍNDICE DE STEINRATH Resistividade Potencial Redox ph Umidade Cloreto Sulfato Sulfeto RESULTADOS E DISCUSSÃO ANÁLISES FÍSICO-QUÍMICAS DA AMOSTRA DE SOLO MEDIDAS DE ph UMIDADE GRAVIMÉTRICA ESTUDO DA VARIAÇÃO DA RESISTIVIDADE DO SOLO VARIAÇÃO DA RESISTIVIDADE DO SOLO EM FUNÇÃO DO TEOR DE ÁGUA VARIAÇÃO DA RESISTIVIDADE DO SOLO ÚMIDO EM FUNÇÃO DA ADIÇÃO DE CONTAMINANTES VARIAÇÃO DA RESISTIVIDADE EM FUNÇÃO DO TEMPO VISÃO GERAL DOS ENSAIOS DE RESISTIVIDADE ENSAIOS ELETROQUÍMICOS SOLO NA AUSÊNCIA DE CONTAMINANTES SOLO CONTAMINADO POR ÁCIDO SULFÚRICO SOLO CONTAMINADO POR AMÔNIA SOLO CONTAMINADO POR 1,2-DICLOROETANO ENSAIOS DE PERDA DE MASSA AVALIAÇÃO DA CORROSIVIDADE DO SOLO ATRAVÉS DO ÍNDICE DE STEINRATH AVALIAÇÃO GERAL DOS RESULTADOS AO LONGO DOS 4 MESES: ENSAIOS ELETROQUÍMICOS, PERDA DE MASSA E ÍNDICE DE STEINRATH SOLO CONTENDO 40% DE UMIDADE AUSENTE DE CONTAMINANTES ix

11 4.6.2 SOLO CONTENDO 40% DE UMIDADE CONTAMINADO COM 5,4% DE ÁCIDO SULFÚRICO SOLO CONTENDO 40% DE UMIDADE CONTAMINADO COM 1,4% DE AMÔNIA SOLO CONTENDO 40% DE UMIDADE CONTAMINADO COM 3,8% DE 1,2-DICLOROETANO AVALIAÇÃO DOS ENSAIOS ELETROQUÍMICOS, PERDA DE MASSA E ÍNDICE DE STEINRATH COMO MÉTODOS USADOS NO ESTUDO DA CORROSÃO CONCLUSÕES E SUGESTÕES CONCLUSÕES SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 121 ANEXOS A - Ficha de Emergência do Ácido Sulfúrico B Ficha de Emergência do Hidróxido de Amônio C Ficha de Emergência do 1,2-Dicloroetano D Metodologia para Medição de ph de Solo E Metodologia para Determinação de Umidade de Solo F Metodologia para Preparo de Extrato Aquoso G Metodologia para Determinação de Cloreto em Solo H Metodologia para Determinação de Sulfato em Solo I Metodologia para Ensaio Específico de Sulfeto x

12 LISTA DE FIGURAS 2.1 Esquema de perfil de um solo mostrando os principais horizontes e subhorizontes Diagrama Triangular generalizado para a determinação das cinco principais classes de texturas do solo, segundo a EMBRAPA Alguns dos diferentes tipos de estrutura do solo. Acima, da esquerda para a direita: (a) prismática, (b) colunar, (c) blocos angulares e subangulares, (d) laminar e (e) granular Representação gráfica do Ponto de Carga Zero em função do ph Curvas da titulação da solução do solo para a determinação do ph do PCz Representação do ph do PCz em função das cargas positivas e negativas Solos sazonais predominantes no Brasil Representação da caixa padrão de solo Curva de resistividade de um solo hipotético em função do teor de umidade Medidor de resistência do solo pelo Método de Wenner Esquema de sistemas de medições com o potenciostato Representação gráfica da Lei de Tafel Diagrama de equilíbrios potencial-ph do sistema Fe-H 2 O a 25ºC e 1 atm Zonas teóricas de corrosão, imunidade e passivação do ferro a 25ºC e 1 atm Mapa de dutos operados pela TRANSPETRO Solo conforme recebido Solo após ser peneirado Disposição dos eletrodos de trabalho e de referência no momento da medição. O eletrodo de trabalho está unido ao tubo de PVC, por onde o eletrodo de referência é inserido Disposição dos corpos-de-prova, eletrodo de referência, eletrodo de trabalho e contra-eletrodo em cada recipiente de amostra de solo Comportamento da resistividade da amostra de solo em função do teor de água Comportamento da resistividade da amostra de solo contendo 60% de umidade em função do teor de ácido sulfúrico. 76 xi

13 4.3 Comportamento da resistividade da amostra de solo contendo 60% de umidade em função do teor de amônia Comportamento da resistividade da amostra de solo contendo 60% de umidade em função do teor de 1,2-dicloroetano Comportamento da resistividade das amostras de solo contendo diferentes teores de umidade Comportamento da resistividade das amostras de solo a 40 e 60% de umidade contaminadas com 5,4% de ácido sulfúrico Comportamento da resistividade das amostras de solo a 40 e 60% de umidade contaminadas com 1,4% de amônia Comportamento da resistividade das amostras de solo a 40 e 60% de umidade contaminadas com 3,8% de DCE Curvas de polarização anódica e catódica do aço AISI 1020 em contato com o solo contendo 40% de umidade após1 mês (a), 2 meses (b), 3 meses (c) e 4 meses (d) Diagrama de Pourbaix para o sistema Fe-H 2 O contendo os resultados de ph e potencial de corrosão encontrados para os tempos de contato 1 mês (1), 2 meses (2), 3 meses (3) e 4 meses (4) Curvas de polarização anódica e catódica do aço AISI 1020 em contato com o solo contendo 40% de umidade contaminado por 5,4% de ácido sulfúrico após 1 mês (a), 2 meses (b), 3 meses (c) e 4 meses (d) Diagrama de Pourbaix para o sistema Fe-S-H 2 O contendo os resultados de ph e potencial de corrosão encontrados para os tempos de contato 1 mês (1), 2 meses (2), 3 meses (3) e 4 meses (4) Curvas de polarização anódica e catódica do aço AISI 1020 em contato com o solo contendo 40% de umidade contaminado por 1,4% de amônia após 1 mês (a), 2 meses (b), 3 meses (c) e 4 meses (d) Diagrama de Pourbaix para o sistema Fe-N-H 2 O contendo os resultados de ph e potencial de corrosão encontrados para os tempos de contato 1 mês (1), 2 meses (2), 3 meses (3) e 4 meses (4) Curvas de polarização anódica e catódica do aço AISI 1020 em contato com o solo contendo 40% de umidade contaminado por 3,8% de 1,2-dicloroetano após 1 mês (a), 2 meses (b), 3 meses (c) e 4 meses (d) Diagrama de Pourbaix para o sistema Fe-C-Cl-H 2 O contendo os resultados de ph e potencial de corrosão encontrados para os tempos de contato 1 mês (1), 2 meses (2), 3 meses (3) e 4 meses (4) Taxas médias de corrosão em mg/cm 2.dia do aço-carbono AISI 1020 em solo contendo 40% de umidade durante 4 meses xii

14 4.18 Taxas médias de corrosão em mg/cm 2.dia do aço-carbono AISI 1020 em solo contendo 40% de umidade e 5,4% de ácido sulfúrico durante 4 meses Taxas médias de corrosão em mg/cm 2.dia do aço-carbono AISI 1020 em solo contendo 40% de umidade e 1,4% de amônia durante 4 meses Taxas médias de corrosão em mg/cm 2.dia do aço-carbono AISI 1020 em solo contendo 40% de umidade e 3,8% de 1,2-dicloroetano durante 4 meses Taxas médias de corrosão em mpy do aço-carbono AISI 1020 em solo contendo 40% de umidade durante 4 meses Taxas médias de corrosão em mpy do aço-carbono AISI 1020 em solo contendo 40% de umidade e 5,4% de ácido sulfúrico durante 4 meses Taxas médias de corrosão em mpy do aço-carbono AISI 1020 em solo contendo 40% de umidade e 1,4% de amônia durante 4 meses Taxas médias de corrosão em mpy do aço-carbono AISI 1020 em solo contendo 40% de umidade e 3,8% de 1,2-dicloroetano durante 4 meses Taxas médias de corrosão em mg/cm 2.dia do aço-carbono AISI 1020 em função do solo contendo 40% de umidade estar na ausência ou na presença de ácido sulfúrico, amônia e 1,2-dicloroetano para o período de 4 meses Taxas médias de corrosão em mpy do aço-carbono AISI 1020 em função do solo contendo 40% de umidade estar na ausência ou na presença de ácido sulfúrico, amônia e 1,2-dicloroetano para o período de 4 meses Aspecto dos corpos-de-prova de aço AISI 1020 após 4 meses de contato em: solo contendo 40% de umidade (a), solo contendo 40% de umidade e 5,4% de ácido sulfúrico (b), solo contendo 40% de umidade e 1,4% de amônia (c) e solo contendo 40% de umidade e 3,8% de 1,2-dicloroetano (d) Somatório dos Índices Parciais de Steinrath para o solo contendo 40% de umidade na ausência e na presença de ácido sulfúrico, amônia e 1,2-dicloroetano durante 4 meses Diagrama de equilíbrios potencial-ph do sistema S-H 2 O a 25ºC e 1 atm. 112 xiii

15 LISTA DE TABELAS 2.1 Classificação das partículas de solo em função do tamanho Número de acidentes envolvendo produtos químicos perigosos no Estado do Rio de Janeiro de 1984 a Potencial redox como um indicador da corrosividade do solo Parâmetros relacionados por Steinrath para avaliação da corrosividade do solo Índice total da agressividade do solo segundo Steinrath Relação entre a resistividade e a corrosividade do solo Valores de ph para corrosão mínima de metais comuns Efeito da acidez total na corrosividade de solos para estruturas enterradas Possibilidade de corrosão microbiológica em função do potencial redox segundo Starkey e Wight Critério de corrosividade do solo segundo Booth Critério de corrosividade do solo segundo Girard Critério de corrosividade do solo segundo Gotlieb e Vieira Classificação da resistência relativa à corrosão de ligas típicas de ferro e níquel de acordo com a taxa de corrosão em mpy Extensão e carga transportada pela malha dutoviária brasileira Composição da Solução NS Composição química percentual do aço-carbono AISI Valores de ph da suspensão solo:líquido na razão de 1:2, Teor de umidade natural da amostra de LATOSSOLO VERMELHO-AMARELO Valores de resistividade obtidos para a adição de água à amostra de solo Valores de resistividade obtidos para a adição de ácido sulfúrico à amostra de solo contendo 60% de umidade Valores de resistividade obtidos para a adição de amônia à amostra de solo contendo 60% de umidade. 77 xiv

16 4.6 Valores de resistividade obtidos para a adição de 1,2-dicloroetano à amostra de solo contendo 60% de umidade Valores de resistividade (ohm.cm) das amostras de solo contendo diferentes teores de umidade Valores de resistividade (ohm.cm) das amostras de solo a 40 e 60% de umidade contaminadas com 5,4% de ácido sulfúrico Valores de resistividade (ohm.cm) das amostras de solo a 40 e 60% de umidade contaminadas com 1,4% de amônia Valores de resistividade (ohm.cm) das amostras de solo a 40 e 60% de umidade contaminadas com 3,8% de DCE ph e potenciais de corrosão do aço AISI 1020 em solo contendo 40% de umidade no período de 1 a 4 meses ph e potenciais de corrosão do aço AISI 1020 em solo contendo 40% de umidade contaminado por 5,4% de ácido sulfúrico no período de 1 a 4 meses ph e potenciais de corrosão do aço AISI 1020 em solo contendo 40% de umidade contaminado por 1,4% de amônia no período de 1 a 4 meses ph e potenciais de corrosão do aço AISI 1020 em solo contendo 40% de umidade contaminado por 3,8% de 1,2-dicloroetano no período de 1 a 4 meses Taxas médias de corrosão expressas em mg/cm 2.dia para o solo contendo 40% de umidade na ausência de contaminantes (H 2 O) e na presença dos 3 contaminantes (H 2 SO 4, NH 3 e DCE) após 1, 2, 3 e 4 meses de tempo de contato Taxas médias de corrosão expressas em mpy para o solo contendo 40% de umidade na ausência de contaminantes (H 2 O) e na presença dos 3 contaminantes (H 2 SO 4, NH 3 e DCE) após 1, 2, 3 e 4 meses de tempo de contato. 97 xv

17 LISTA DE QUADROS 4.1 Valores medidos para os 7 parâmetros do Índice de Steinrath, seus índices parciais e classificação do grau de corrosividade para o solo contendo 40% de umidade durante 4 meses Valores medidos para os 7 parâmetros do Índice de Steinrath, seus índices parciais e classificação do grau de corrosividade para o solo contendo 40% de umidade contaminado por 5,4% de ácido sulfúrico durante 4 meses Valores medidos para os 7 parâmetros do Índice de Steinrath, seus índices parciais e classificação do grau de corrosividade para o solo contendo 40% de umidade contaminado por 1,4% de amônia durante 4 meses Valores medidos para os 7 parâmetros do Índice de Steinrath, seus índices parciais e classificação do grau de corrosividade para o solo contendo 40% de umidade contaminado por 3,8% de 1,2-dicloro etano durante 4 meses. 109 xvi

18 Capítulo 1 Introdução e Objetivos CAPÍTULO 1 Introdução e Objetivos 1

19 Capítulo 1 Introdução e Objetivos A possibilidade de ocorrência de acidentes nas indústrias por vazamentos ou derramamentos de produtos químicos próximos a dutos enterrados é um fator preocupante, já que os mesmos causam a poluição do solo, alterando suas propriedades físico-químicas, produzindo assim impactos negativos. Do ponto de vista da corrosão, a adição de produtos químicos no solo pode aumentar a agressividade do meio, acelerando o processo de corrosão no duto de aço. O duto se tornará mais vulnerável, o que levará a risco de vazamento de produtos, agravando ainda mais o dano ambiental. Assim, o estudo do solo como meio corrosivo tem grande importância devido ao elevado número de tubulações e reservatórios instalados no solo. A corrosão pelo solo responde a uma parcela considerável dos custos globais de corrosão. O Brasil possui uma malha dutoviária superior a km atravessando diferentes tipos de solos. O solo possui complexidade quanto à sua composição e às interações com o ambiente, sendo definido de diversas maneiras, em função da área de interesse do pesquisador. Fatores climáticos causam alterações nas propriedades do solo, as quais estão diretamente relacionadas com as taxas de corrosão dos metais enterrados. Um dos parâmetros fundamentais relativos à corrosividade do solo é a sua resistividade. De fato, a taxa de corrosão de uma estrutura metálica enterrada está diretamente relacionada à resistividade, sendo que solos de menor resistividade proporcionam maiores taxas de corrosão. Por sua vez, a resistividade depende das características do solo tais como porosidade, permeabilidade, nível de umidade, sais dissolvidos e acidez. 2

20 Capítulo 1 Introdução e Objetivos O presente trabalho objetiva avaliar a agressividade do LATOSSOLO VERMELHO- AMARELO sobre os dutos de aço carbono contendo substâncias químicas introduzidas por derramamentos acidentais próximos a locais de passagem de dutos. Este estudo visa, portanto, estudar a influência de três contaminantes (ácido sulfúrico, amônia e 1,2- dicloroetano) na corrosividade de solos, em condições drásticas, como na ausência de técnica de proteção no metal (representação de possível falha ou insuficiência de proteção) e na presença de elevado teor de umidade no meio (situação de baixa resistividade). A corrosividade do solo na ausência e na presença dos contaminantes foi avaliada por ensaios de perda de massa, ensaios eletroquímicos e pelo Índice de Steinrath. Este estudo foi organizado em 5 capítulos: O capítulo 2 Revisão Bibliográfica encontra-se dividido em duas partes. A primeira abrange a definição de solo, suas propriedades, a visão de classificação dos solos usada atualmente no Brasil e a contaminação que os solos estão sujeitos pelas atividades antrópicas. A segunda parte é dedicada ao estudo da corrosão, com ênfase na corrosividade de solos, abordando a influência das propriedades físico-químicas dos solos; os critérios de avaliação da agressividade de solos; o Diagrama de Pourbaix; além de citar as técnicas mais usuais de proteção da corrosão em dutos enterrados. O capítulo 3 Materiais e Métodos propõe descrever os procedimentos e materiais adotados em laboratório para a avaliação da corrosividade do LATOSSOLO VERMELHO-AMARELO sobre o aço-carbono. 3

21 Capítulo 1 Introdução e Objetivos O capítulo 4 Resultados e Discussão mostra os resultados obtidos em todos os ensaios realizados, verificando o comportamento da corrosão do aço-carbono nos meios estudados, além de comparar os métodos utilizados para a avaliação de corrosividade de solos propostos na Literatura. O capítulo 5 Conclusões e Sugestões apresenta as conclusões obtidas no presente trabalho e propõe novos testes como sugestões para futuros trabalhos dentro do estudo da corrosividade de solos. 4

22 Capítulo 2 Revisão Bibliográfica CAPÍTULO 2 Revisão Bibliográfica 5

23 Capítulo 2 Revisão Bibliográfica: Parte I Parte I O Solo 2.1 DEFINIÇÃO DE SOLO O solo é normalmente considerado como a camada superior da crosta terrestre, assegurando várias funções essenciais de caráter ambiental, social e econômico, necessárias à vida. O solo também é visto como a interface entre a terra (geosfera), o ar (atmosfera) e a água (hidrosfera). Constitui-se numa mistura de compostos minerais e orgânicos, formada pela ação de agentes físicos, químicos e biológicos inicialmente sobre a rocha primária. A ação desses agentes forma nos solos faixas horizontais, denominadas horizontes, os quais lhe dão características próprias. Para as plantas, os solos são além do meio de fixação, fonte de nutrientes necessários ao seu desenvolvimento (LUCHESE et al., 2002). Segundo a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA, 1999), o solo é uma coleção de corpos naturais, constituídos por partes sólidas, líquidas e gasosas, tridimensionais, dinâmicos, os quais são formados por materiais minerais e orgânicos, que ocupam a maior parte do manto superficial das extensões continentais do nosso planeta; contêm ainda, matéria viva e podem ser vegetados na natureza onde ocorrem. Ocasionalmente, podem ter sido modificados por atividades humanas. Na literatura encontra-se uma grande variedade de definições para o solo, pois dependendo da área de atividade, o solo é caracterizado sob diversos pontos de vista. Para o pedólogo 1, solo é a coleção de corpos naturais dinâmicos, que contém matéria viva, e é resultante da ação do clima e da biosfera sobre a rocha, cuja transformação em solo se realiza durante certo tempo e é influenciada pelo tipo de relevo. 1 Estudioso da Pedologia (ciência que se dedica aos solos, considerando sua constituição, origem, morfologia e mapas). 6

24 Capítulo 2 Revisão Bibliográfica: Parte I As definições de solo, mesmo sob o ponto de vista do pedólogo são amplas porque abrangem vários outros campos, entre eles, a Geologia, Agricultura, Engenharia, Química, Física e Ecologia (LEPSCH, 2002) HORIZONTES DO SOLO Sob a ação de um conjunto de fenômenos biológicos, físicos e químicos, o solo se forma organizando-se em uma série de camadas sobrepostas de aspecto e constituição diferentes. Essas camadas são aproximadamente paralelas à superfície, e denominadas horizontes, como podem ser vistas na Figura 2.1. Figura 2.1 Esquema de perfil de um solo mostrando os principais horizontes e sub-horizontes. Fonte: LEPSCH, O conjunto de horizontes, num corte vertical que vai da superfície até o material semelhante ao que deu origem ao solo é o perfil do solo. 7