HIDRODECAPAGEM PREPARO DE SUPERFÍCIE COM ULTRA ALTA PRESSÃO Luis Eugenio Ortega Trotter ACQUABLAST TRATAMENTO DE SUPERFÍCIES LTDA 6 COTEQ Conferência sobre Tecnologia de Materiais 22 CONBRASCORR Congresso Brasileiro de Corrosão Salvador - Bahia 19 a 21 de agosto de 2002 As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade do (s) autor(es). 1
SINOPSE Em uma indústria de celulose, foram feitos diferentes tratamentos para preparo de superfície: Lixamento Pneumático; Agulheiro Pneumático; Jateamento Abrasivo com Escória de Cobre; Hidrojateamento com Ultra Alta Pressão. Hidrojateamento com areia A indústria encontra-se a 1.200m da costa, a atmosfera nesta região contém alta concentração de cloretos, considerando ainda o aspecto de localização geográfica, também encontram-se contaminantes como hipocloritos de sódio, hidróxido de sódio, ácido hipoclorídrico, ácido sulfúrico e outros provenientes de tanques, filtradores, chaminés, equipamentos em manutenção, etc. Estudou-se todos estes métodos de tratamentos de superfícies a fim de obter o mínimo de contaminantes de sais em microgramas/cm² recomendados pelos grandes fabricantes de pinturas. O custo do projeto de pintura Housekeeping 2000 foi igualmente analisado. Outras medições foram realizadas após o processo de limpeza, para observar o grau de contaminação a fim de determinar o melhor período para aplicação da tinta. Estudo através microscópio de varredura eletrônica, foi realizado para observar a qualidade das superfícies. Foram realizadas medições da contaminação não visíveis (química) Chlor Test e via espectrômetro computadorizado para análises de Cl, NaCl e SO2. Esta indústria tem certificação ISO 14000, fato importante para a avaliação deste estudo. Palavra chave: hidrodecaoagem, tratamento de superfície, pintura industrial
1. INTRODUÇÃO Esta é a maior indústria de celulose no mundo, após mais de 2 anos de experiência, obteve-se apreciáveis ganhos de capacitação técnic a devido as exigências na área de segurança, qualidade e rendimento. O projeto Housekeeping 2000 da empresa Aracruz Celulose teve duração de 6 meses de trabalho. Informações de localização geográfica, clima, local, temperatura e outros fatores foram considerados para execução dos trabalhos. Diante destes aspectos o sistema de preparo da superfície a ser aplicado foi importante para o cliente. Foi efetuado um programa completo via computador a fim de considerar todas as interfases e interferências entre as diferentes empresas contratadas. Um dos grandes riscos do proprietário é a contaminação da produção (celulose) que corresponde a 98% de exportação. Durante nossos serviços de hidrojateamento alta pressão, realizou-se o estudo denominado Comparação de Tratamento Superficial por Diferentes Métodos : Lixamento Pneumático; Agulheiro Pneumático; Jateamento Abrasivo com escória de cobre; Hidrojateamento com Ultra Alta Pressão. Hidrojateamento com areia Após este trabalho, cliente e contratados ficaram satisfeitos e convencidos da qualidade do processo de hidrojato a Ultra Alta Pressão e durante os serviços surgiram outras questões: O tempo disponível para o processo de pintura, após hidrojateamento; Estando a indústria próxima da costa e ainda existir a liberação de cloretos e sulfetos (característico de uma indústria de celulose) poderia contaminar o preparo da superfície para a primeira demão de pintura. Isto promoveu um segundo estudo para determinar o máximo de tempo admissível entre o hidrojato e o processo de pintura.
2. COMPARATIVOS DE PREPAROS DE SUPERFÍCI ES POR DIFERENTES MÉTODOS 2.1. HOUSEKEEPING 2000 PROJETO DE PINTURAS A Indústria de Celulose com Certificado ISO 14000 solicita aos departamentos de engenharia e manutenção processo ecologicamente corretos de preparo de superfície, logo, areia ou escoria de cobre não foram cogitados por serem processos altamente poluentes, contaminando grandes quantidades de polpa. O orçamento para o projeto Housekeeping 2000 (Recuperação de equipamentos e estruturas de aço) foi de U$ 522.000,00 equivalente a 28.363 m². Resultados semelhantes foram encontrados com agulheiros e lixadeiras pneumáticas. O agulheiro pneumático ainda demonstrou ser de baixa produtividade. A qualidade superficial dos processos não foram analisadas por não se possuir informações em mãos. Veja Tabela 01. Sendo assim o item de hidrojato leva o maior peso no orçamento (42,08%). Perante este montante de investimentos, todas as contratadas deverão administrar criteriosamente os investimentos observando ainda a qualidade e corretos procedimentos para uma máxima vida das tintas. Caso uma das contratadas atrasar seus serviços, os custos de paralisações serão repassados para outras empresas. Diante disto, harmonia e bom senso são fundamentais entre as empreiteiras. Problemas de chuvas ou umidade ambiental superior a 80%, deverão ser compensadas nos fins de semana sem custo adicional. Paralisação dos serviços por problemas de manutenção industrial não previstos, deverão ser computados dentro dos custos e prazos previstos dos serviços nos orçamentos. O processo de hidrojato foi estipulado das 07:00 AM até 03:00 PM, processo de pinturas das 03:00AM às 06:00 PM, ou superior conforme condições de umidade ambiental. 2.2. TECNOLOGIA Aos departamentos de engenharia e manutenção, informou-se que o processo de hidrojato é utilizado na Alemanha, Inglaterra, França, Canadá, USA, Japão e outros países, decidiu-se fazer uma comparação entre diferentes métodos normalmente usados e o hidrojateamento. Devido a paradigmas, a dificuldade para introduzir este processo revolucionário, quebrou-se uma série de preconceitos no preparo de superfícies. Baseado na NACE nr. 5 (National Association Corrosion Engeneers) e SSPC-SP12 (Society for Protective Coatings) definiu- se os diferentes aspectos para contaminantes não visíveis na preparação de superfícies. Este é um conceito novo para as indústrias e as contratadas de pinturas. SC1 - Superfície livre de todo nível de contaminante (cloretos solúveis em água, sais ferrosos e sulfatos solúveis em água), usando equipamento apropriado no local ou equipamento laboratoriais sensíveis para este teste. Uma superfície com este grau de acabamento está livre de quaisquer níveis de contaminantes. SC2 - Contaminantes menor a 7 µg/cm² de cloretos, menor a 10 µg/cm² de iones ferrosos solúveis e menos de 17 µg/cm² de sulfato com testes no campo ou equipamento laboratoriais.
SC3 - Contaminantes de Cloretos e sulfatos menor que 50 µg/cm² a ser verificados no campo ou testes laboratoriais. Contaminantes não visíveis como Cl-, SO2, graxas, óleos e visíveis como hipocloritos de sódio, hidróxido de sódio, ácido hipoclorídrico, óxido clorídrico, dióxido de cloro, ácido sulfúrico, etc, produzem colapso das tintas. A remoção de todo contaminante não visível, tem como objetivo a durabilidade do esquema de pinturas. Foram consultados dois grandes fabricantes de tintas, e deram como limite de 4 µg/cm² de sais para uma boa qualidade da superfície. Acima de 4 µg/cm² de contaminação de sais produzirão certa deteriorização do esquema de pinturas, o qual é gradativo em forma exponencial ao grau de contaminação. A ação do hidrojateamento pode ser descrito como uma série de pequenas gotículas de 5 a 10 µm as quais atingem a superfície a velocidades supersônicas. Hidrojato operando a partir de 1700 bar e definido como Ultra Alta Pressão; com velocidade de 566 m/seg 2037 km/h. As gotículas implodem (cavitam) destruindo a tinta, ferrugem, removendo os sais. Devido a altíssima energia potencial contida nas gotículas (jato), esta energia é dissipada lateralmente a grandes velocidades entre camadas de tinta, ferrugem, etc. e interface; semelhante a limpeza ultrasônica, levantando todo e quaisquer tipo de material que não faça parte do substrato. Graxas e óleos são emulsionados produzindo uma profunda limpeza nas crateras ou pits. O uso do hidrojato não tem capacidade para mudar o perfil existente do substrato - Figura 02. O uso de abrasivo corroe a superfície e os contaminantes não visíveis são incrustados na superfície ou são formadas cavidades nas quais estes contaminantes ficam aderidos - Figura 01. Com uso de agulheiro pneumático este processo acontece da mesma forma, mas com muito mais agressão. 2.3. TESTE DE CLORETOS (CHLOR TEST) Utilizou-se o sistema de Chlor- Test para definir a contaminação de cloretos. É possível fazer o mesmo teste por espectrômetro computadorizado, o qual fornece uma análise mais detalhada dos componentes químicos como hipoclorito de sódio, ácido hipoclorídrico, óxido clorídrico, ácido sulfúrico e outros. O primeiro método demonstrou ser de maior praticidade e rapidez, considerando-se que a contratada trabalha com três equipamentos de Ultra Alta Pressão simultaneamente. 2.3.1. TESTE SOBRE SUPERFÍCIE TRATADA COM LIXADEIRA PNEUMÁTICA Teste realizado em estrutura de aço, resultou em 7 µg/cm² e sua classificação SC2. Observa-se na Foto 01 a chapa e erosões de aproximadamente 2mm de profundidade. Medição: 7 µg/cm². Classificação: SC-2. 2.3.2. AGULHEIRO PNEUMÁTICO
Teste em chapa de aço. O alto grau de contaminação detectado deve -se ao fato das agulhas incrustarem no substrato óxidos, sais, etc. dentro de micro alojamentos. O resultado foi de 65 µg/cm² de sais e sua classificação SC3. Após a pintura estas incrustações formarão correntes galvânicas de diferentes pontenciais elétricos. A próxima etapa será o aumento da pressão interna, trincas, umidade e finalmente a destruição do esquema de tintas. Normalmente isto poderá acontecer após nove meses nesta indústria, devido ao bombardeio diário de hipocloríto de sódio (próximo da costa) e contaminantes da própria indústria. Veja Foto 02. Medição: 65 µg/cm². Classificação: SC-3. 2.3.3. ESCÓRIA DE COBRE Usou-se um tubo com amostra fortemente corroído, ficando a superfície com acabamento Sa2. Após este preparo, a medição ficou em 7 µg/cm² de sais e sua classificação SC2. Veja Foto 03. Medição: 7 µg/cm². Classificação: SC-2. 2.3.4. HIDROJATO COM ULTRA ALTA PRESSÃO Foi empregado um equipamento Acquablast com 230 HP Bomba de seis pistões, vazão de 25 l/min e pressão de 1.800 bar por meio de pistola pneumática rotativa (2000 RPM) com quatro bicos concentrados. A medição foi de 0 µg/cm² e classificação SC1. Veja Foto 04. Medição: 0 µg/cm². Classificação: SC-1. 2.3.5. HIDROJATEAMENTO COM AREIA Teste com Bomba de Alta Pressão, 180 bar, usando bico especial para adicionamento de areia. O acabamento obtido, conforme Fotos 05, 06A, 06B e 07 equivale a Sa 2½. Observando uma ampliação da Foto 06A em X 3250, observamos grande quantidade de sílica fortemente incrustada na superfície. O espectrômetro digital nos confirma em gráfico este resultado Foto 07. 2.4. CONCLUSÃO DOS TESTES DE CONTAMINANTES NÃO VISÍVEIS Comprovou-se que por meio do hidrojato com Ultra Alta Pressão obteve-se os melhores resultados do ponto de vista de contaminantes não visíveis (químicos) após tratamento das amostras, conforme Gráfico 01. 3. CONTAMINAÇÃO EM ANDAMENTO Em função da indústria não parar, a contaminação produzida por esta e a ação da brisa marinha (NaCl) colocam em dúvida qual o tempo admissível entre o preparo da superfície (hidrojato) e o processo de pintura.
Foram instaladas duas amostras na indústria conforme Figura 03 e hidrojateadas a l.800 bar. Realizou-se oito medições com espectrômetro computadorizado (Dianex), com intervalos de 3, 6, 9 e 24 horas de exposição no local. Com estes resultados observa-se que não é possível iniciar o processo de pintura acima de duas horas após o hidrojateamento conforme Tabela 02. 4. TESTES VISÍ VEIS Foi usado uma chapa fortemente enferrujada (C) sem tratamento abrasivo 1020 Foto 08) - na foto sem ampliação.através de um microscópio de varredura eletrônica (JEOL-T330A- Somafore) obtêm-se a Foto 10 (X 150) - observa-se a situação da chapa com grande incidência de ferrugens, sais cristalizados de NaCl, cloretos e sulfetos, etc. Na Foto 11 (X 500), observa-se melhor a cristalização dos sais. Na Foto 09, observa-se pelo corte transversal, picos e vales com alturas de 2 mm, cavidades no substrato e trincas na ferrugem. Ao usar agulheiro ou lixamento a cavidade formada por dois picos, ficam agarrados sobras de sais, ferrugem e outros contaminantes. No caso de chapas com classificação D, os vales poderão ter profundidades maiores que 2 mm. 4.1. LIX AMENTO A Foto 12 (sem ampliação), possui centenas de pits, pontos estes em que a lixa não consegue limpar ou seja são pontos de ferrugem intocados. Todo tipo de ferrugem, sais e inclusões são encontrados nestes locais, os quais formarão células de corrosão eletroquímica. Na Foto 13 (x 150), vê -se claramente o serviço realizado pela lixa. As áreas adjacentes aos setores lixados estão com contaminação de cloretos, outros sais como NaCl, sulfatos e corrosão. A Na Foto 14 (x 500), pode-se observar uma área maior que foi limpada com a lixa, ao redor, observa-se pontos de corrosão e contaminação de sais. 4.2. AGULHEIRO PNEUM ÁTICO Na Foto 15, observa-se claramente o tratamento efetuado por agulhas novas e os fortes impactos sobre a superfície. As depressões dos impactos são de 40µm, por este motivo, os testes de Chlor Test atingem o nível de 65µm/cm² de contaminação. Tal preparo de superfícies poderá prejudicar as tintas, devido as centenas de microcélulas que atuam como pilhas galvânicas. Na Foto 16, observam-se buracos com corrosões ou contaminantes no seu interior. Estes não são detectáveis a olho nú, somente com ampliação de X 150, conforme Foto 16 com corte da chapa, poderão ser visto. Observa-se inclusive uma forte depressão a qual atinge aproximadamente 40µm. Na Foto 17 (x 500), observa-se no centro sais de cloretos e restos de corrosão e cristais de sais. Normalmente quando efetuado o serviço com agulheiro pneumático estima-se ter feito, conforme Foto 15, um bom serviço de acordo com o aspecto visível (sem ampliação) - superfície com brilho, e este é formado por impactos das agulhas na superfície. A luz reflete estas áreas formando prismas invertidos, refletindo assim os raios de luz incidentes, dando o aspecto de limpeza perfeita. 4.3. JATEAMENTO COM ESCÓRIA DE COBRE
Foi usado escória de cobre de boa qualidade. O acabamento equivale ao metal branco (Sa2). A superfície foi corroída, e observa-se na Foto 18 pequenos pontos escuros. Na Foto 19 (x 150), detecta-se pequenos buracos, trincas e ondas de ferro produzidas pelas ação abrasiva dos grãos de escória, que atingem a superfície a ± 600 km/h. Na Foto 20 (x 500), observa-se restos de abrasivos agarrados à superfície, contaminação de sais, e duas ondas de deformação da superfície sendo que embaixo das mesmas ficam aderidos contaminantes. 4.4. HIDROJATEAMENTO A ULTRA ALTA PRESSÃO A primeira foto Foto 21, foi realizada 10 minutos após o jateamento. Após o preparo da superfície, hidrojateada a 1.800 bar com pistola rotativa pneumática (2000 RPM), bicos em ângulo de 15 sobre superfície e a 50 mm de distância da chapa. As Fotos 24 e 25 foram retiradas após 4 h do tratamento com hidrojato, observa-se uma corrosão leve (light flush rust). Pode-se pintar conforme especificações do fabricante de tintas (International Hydroblasting Standards). Nas Fotos 22 e 23, observa -se uma superfície realmente limpa e livre de quaisquer contaminantes, ferrugens, sais, etc. A Foto 23 (X 500) observa-se pequenos buracos, os quais foram internamente limpos. Nas Fotos 24 e 25 garante que a contaminação (em círculos amarelos), após analises do microscópio de varredura eletrônica, indicou ser somente Fe e O2. 5. CONCLUSÃO O maior objetivo deste trabalho foi demonstrar a grande importância em serviços de pintura industrial; a qualidade e viabilidade do processo de hidrojato a Ultra Alta Pressão para preparo de superfícies. Este preparo, é válido para estruturas de concreto, representando uma maior durabilidade das tintas e economia de manutenção à longo prazo. Foi demonstrado a possibilidade de efetuar e respeitar um cronograma (MS Project) e manter o programa dentro do orçamento previsto. Do total do orçamento, 77,3% foi investido no preparo da superfície, andaimes e processo de pintura; isto representa uma grande responsabilidade para os empreiteiros. Localização geográfica, contaminação marítima e industrial desempenham fatores importantes para uma boa compreensão do preparo da superfície e aplicação das tintas. A fim de poder obter êxito neste tipo de empreendimento é importante a interação e planejamento entre Proprietário, Contratados e Fabricante de tintas. 6. RECONHECIMENTOS Agradecimentos a Aracruz Celulose S.A. / ES Brasil, em especial para Eng. Karen Medeiros Günther, Eng. Fernando Ramiro Martins Junior, Eng. Áureo Machado Neto responsável pelo Projeto Housekeeping/2000, Sr. João Manoel Ventura
Rodrigues responsável pelas normas de segurança de hydroblasting, Sr. Gil Ribeiro Peres e Eng. Gilmar Luiz Mattedi responsável pelo R&D Department e Eng. Edgar Becker Revestodur Company. Para Acquablast e Sr. Leonardo Reis Milagres e toda minha família. 7. REFERÊNCIAS Frenzel, Lydia, A Comparison of surface Preparation for coatings by waterjetting and abrasive blasting - Proceedings of the 11 th American Waterjet Conference, Water Jet Technology Association, St. Louis, Missouri, 1999, pág. 645. Marcillo, M., Almeida, E., Corrosion and Protection of Metals in the atmosphere in Iberomerica, Project MICAT, X.V 1/CYTED,1998. Nunes, L. P. and Lobo, A. C., Pintura Industrial : Na proteção anticorrosiva. Rio de Janeiro - Brasil: Livros Técnicos e Científicos, 1994. Trotter, Luis Ortega, 15º Congresso Brasileiro de Manutenção, Hidrodecapagem: Um Novo Processo de Manutenção e Aspectos Ambientais, TT118, September 18-22, 2000, Vitória ES, Brasil. 8. FIGURAS, FOTOS E TABELAS Empresa U$ % Suprimento de tintas 122.000 22,1 Custo de pintura 108.000 20,71 Custo de andaimes 81.180 15,11 Custo de Hydroblasting 226.000 42,08 Total 537.800 100 Tabela 01. Item 2.1.
Figura 01 Figura 02 Item 2.2. Foto 01. Item 5.3.1 Foto 02. Item 5.3.2 Foto 03. Item 5.3.3 Foto 04. Item 5.3.4 Foto 05. Item 2.3.5 Foto 06A. Item 2.3.5
CLORETO SULFATO NITRATO OXALATO Foto 06B. Item 2.3.5 Foto 07. Item 2.3.5 65 µgcm² 50 µgcm² Agulheiro pneumático 20 10 7 µgcm² 4 Hidrojato com areia Lixadeira 0 µgcm² Escória Hidrojato Gráfico 01. Item 2.4 Limite máximo de contaminantes 4µg/cm 2
Costa TESTE II Amostras A B C D Arcel TESTE I SAMPLE A B C D Figura 03. Item 3. AMOSTRAS A após 3h B após 6h C após 9h D após 24h TESTE I Cloro 1,48 Croro 8,59 Cloro 20,89 Cloro 25,99 Sulfato 4,93 Sulfato 7,20 Sulfato 9,125 Sulfato 9,203 SUBTOTAL I 6,41ppm 17,71ppm 28,09ppm 35,19ppm TESTE II Cloro 7,53 Cloro 7,74 Cloro 10,41 Cloro 12,872 Sulfato 5,78 Sulfato 6,22 Sulfato 6,88 Sulfato 9,45 SUBTOTAL II 13,31ppm 14,42ppm 17,02ppm 22,32ppm S 2 10,41ppm 15,51ppm 22,59ppm 28,75ppm Tabela 02. Item 3. Foto 08. Item 4. Foto 09. Item 4. 1,66 mm 593 m m 912 m m 2,52 mm Foto 10. Item 4. Foto 11.Item 4.
Foto 12. Item 4.1. Foto 13. Item 4.1. Foto 14. Item 4.1. ÁREAS LIMPAS. COR ROSÃO E CONTAMINAÇÃO COM SAIS. Foto 15. Item 4.2. Foto 16. Item 4.2.
CORROSÃO DE SAIS. CLORETOS. DREPRESSÃO 40 µm. Foto 17. Item 4.2. Foto 18. Item 4.3. Foto 19. Item 4.3. Foto 20. Item 4.3. BOLSAS. TRINCAS RESTO DE ABRASIVO. ONDAS DE DEFORMAÇÃO. CONTAMINAÇÃO DE SAIS.
Foto 21. Item 4.4. Foto 22. Item 4.4. Foto 23. Item 4.4. BOLSAS DEPRESSÕES (LIMPAS). Foto 24. Item 4.4. Foto 25. Item 4.4. FLASH RUST