CORROSÃO PRINCÍPIOS BÁSICOS O termo corrosão é originário da palavra latina corredere que significa consumir rapidamente como o rato. Nas traduções das línguas portuguesas a palavra ficou como corrosão e que tem seu significado atual como destruição O processo de corrosão é um fenômeno bem conhecido pelas pessoas, pois encontra-se vários exemplos em nosso dia a dia, como corrosão em janelas, carros, ou mesmo equipamentos elétricos. De modo geral pode-se definir corrosão como: Processo de alteração prejudicial e indesejável de um determinado material A corrosão de metais é uma reação química espontânea que pode ser retardada, chegando a ter sua taxa bem próxima de zero, mas não pode ser evitada. Na natureza podemos observar que os metais se encontram sempre em forma de sais, ou seja, combinados com outros elementos. Nas usinas o ferro, por exemplo, é retirado do minério e depois confeccionado na forma de chapas ou barras, que posteriormente serão transformadas em bens de consumo. O fenômeno da corrosão é um processo natural, onde o metal tenta retornar ao seu estado primitivo, ou seja, combinado. Em virtude de que a vida moderna depende muito dos bens de capitais produzidos com metais, como oleodutos, estruturas de prédios, indústrias de base, meios de comunicações, meios de transporte, emissários submarinos e etc. A criação e desenvolvimento destes bens exigem sempre um investimento financeiro para a sua obtenção que passa a ser de grande importância que se invista em processos e meios de conservação e proteção destes bens de capitais que Como o custo de se obter os bens de consumo em geral é muito alto, o homem começou a desenvolver técnicas de conservação para evitar que seus equipamentos ou objetos se deteriorem com o tempo. A melhor maneira de se evitar o processo da corrosão é exatamente conhece-lo para poder controla-lo. Descobriu-se que a corrosão é uma reação química do tipo oxido-redução Em virtude disto o combate a corrosão, consiste em evitar que esta reação ocorra, ou pelo menos, reduzir sua taxa de velocidade. O processo de corrosão ocorre quando existe a presença de 6 componentes: 1- meio corrosivo é o meio que está em contato com a superfície do metal. Para que a corrosão ocorra este meio tem que ser um eletrólito. Ex ar, água 2- anodo é o local onde a corrosão vai ocorrer, pois ocorrem reações de oxidação ( cede elétrons)
3- Cátodo é o eletrodo que recebe os elétrons vindos do anodo, não sofre corrosão, mas colabora com a oxidação do anodo (consome elétrons). 4- ligação elétrica entre os eletrodos os eletrodos (catodo e anodo) devem estar em contato por qualquer meio que permita ocorrer a transferência de elétrons. 5- Ligação elétrica entre os meios corrosivos se os meios corrosivos do anodo e do cátodo forem diferentes, é necessária uma união elétrica entre estes meios, ou seja, uma ponte salina. 6- Diferença de potencial entre ânodo e cátodo quando o anodo e o cátodo forem de metais diferentes, normalmente os potenciais já são diferentes. Mas quando forem o mesmo metal, a diferença de potencial é em geral de origem microscópica, difícil e as vezes impossível de se observar, uma vez esta diferença pode ser gerada durante o processo de transformação mecânica e ou metalúrgico, no qual o metal foi formado. Estes 6 componentes, podem ser detectados em uma pilha, portanto, a corrosão não passa de um processo natural de formação de uma pilha. FORMAS DE CORROSÃO Em função do aspecto da superfície corroída, podemos definir tipos de corrosão, o que facilita as informações para efeito de tratamento e controle da corrosão. Podemos assim dividir os tipos de corrosão em três grupos: 1- CORROSÃO UNIFORME A corrosão é denominada de uniforme, quando o processo de deterioração ocorre quase que em toda superfície do metal e a perda de massa é praticamente a mesma em toda a extensão do mesmo. A corrosão uniforme é a mais fácil de ser detectada, é visível e por isso, é a menos perigosa das corrosões. Seus efeitos podem ser previstos e levados em conta no momento da especificação das espessuras das paredes metálicas de tanques e tubulações. Em virtude disto, os técnicos envolvidos no controle da corrosão tenta direcionar todos os processos corrosivos para o uniforme, onde é mais fácil o processo de controle e previsão. Exemplos de corrosão uniforme: 1 2
No exemplo 1, a ferrugem atacada e no 2, o produto da corrosão de dissolve no acido e não se observa. 2 CORROSÃO LOCALIZADA A corrosão localizada, como o próprio nome já diz, ocorre quando o desgaste da superfície metálica exposta a um meio corrosivo é bem acentuado em um determinado local em relação à superfície do metal. Em virtude deste ataque ser localizado, surgem nomes específicos para os diversos modos como ocorre. Portanto, a corrosão localizada pode se dividir nos seguintes tipos: 2.1 Corrosão Alveolar (frestas ou crevice) Este tipo de corrosão está associado sempre a presença de duas superfícies metálicas muito próximas, formando se frestas, onde a água pode se alojar ou onde existem depósitos de matérias não metálicos sobre a superfície. Exemplos: 2.2 Corrosão Pontual (por pites ou pitting) A corrosão pontual ocorre com aspecto de pequenas perfurações, mas que atinge uma profundidade maior no corpo do metal, daí a importância de se evita-lo, pois pode perfurar completamente a espessura de uma chapa metálica. A corrosão pontual é a principal responsável por perfurar tanques ou tubulações. Por isto, este tipo de corrosão é considerado mais grave. Exemplo de corrosão pontual:
2.3 Corrosão Galvânica Ocorre quando um metal é eletricamente conectado a outro metal mais nobre e o conjunto estabelece contato com um meio aquoso, observa-se, geralmente, um aumento da corrosão do metal menos nobre. Neste processo, quem acelera o processo de corrosão é o metal mais nobre. Esta ação se faz sentir em qualquer tipo de corrosão. Como exemplo deste processo temos o esquema ao lado, onde o parafuso e arruelas de cobre promovem a corrosão localizada do ferro. Os metais mais comuns e suas ligas podem ser distribuídos em 4 grupos de nobreza. Grupo 1 Mg Grupo 2 - Al, Zn e Cd Grupo 3 Fe, Pb, Sn, Grupo 4 Cr, Ni, Cu, Ag, Au, Pt Grafite e aço inoxidável Os mais nobres são os metais do grupo 4 e os menos nobres são os do grupo 1. Os metais contidos em cada grupo apresentam a mesma nobreza. Metais de um grupo quando colocados em contato com metais de outro grupo, em um meio corrosivo, permitem a corrosão do menos nobre. 3 CORROSÃO FRATURANTE Este tipo de corrosão caracteriza-se por não ocorrer perda da massa ou espessura de um metal. Em geral este tipo de corrosão está associado a um processo de tensão ou vibração. A característica deste tipo de corrosão é o aparecimento de fissuras na superfície do metal e num estágio mais avançado a fratura do metal. Este tipo de corrosão é o mais grave, pois pode causar o rompimento de um tanque ou uma tubulação de maneira inesperada. Os tipos de corrosão que levam a corrosão fraturante são: 3.1 Corrosão Inter granular (Inter cristalina) Este tipo de corrosão começa na superfície e segue o caminho formado pelos grânulos do metal. Como exemplo típico deste processo tem a corrosão que surge em torno de locais que sofreram processo de solda. Deve-se salientar que este tipo de corrosão é critica quando o metal sofre tensão, originando assim a corrosão fraturante.
3.2 Fragilização pelo Hidrogênio Materiais metálicos de elevadíssima resistência mecânica tornam-se frágeis, isto é, quebram com relativa facilidade quando absorvem hidrogênio. O hidrogênio absorvido encontra-se no estado atômico dentro do metal. Este hidrogênio vem da água e é obtido por um processo de corrosão, na superfície do metal. Além deste tipos de corrosão que daremos destaque, existem outros como como esfoliação, grafítica e etc.
MECANISMO DA CORROSÃO A corrosão do metal se inicia assim que ele é produzido. Neste momento o metal reage com o oxigênio que se encontra sempre em excesso no meio ambiente, formando oxido. A formação deste oxido, que recobre todo o metal, interrompe o processo, pois forma uma camada protetora. Diz-se então que o metal está apassivado. Esta corrosão inicial poderia ser suficiente para proteger o metal, mas apenas em locais isento de umidade e sem variação da temperatura. Entretanto, como os metais são produzidos exatamente para diversas atividades, não podemos evitar aumento de temperatura e umidade. Tanto a umidade como o aumento da temperatura, prejudicam a homogeneidade da camada de óxido e permitem o reinicio do processo corrosivo. O meio aquoso permite a formação de pilhas dando origem ao que chamamos de corrosão eletroquímica. Todas as formas de corrosão aqui apresentadas podem ser explicadas como um processo eletroquímico, ou na verdade uma corrosão eletroquímica. Na verdade, quando uma superfície metálica é colocada em um meio aquoso, principalmente quando contem eletrólitos dissolvidos que a tornam um bom condutor iônico de corrente elétrica, surgem na superfície metálica, várias pilhas. Estas pilhas microscópicas são também chamadas de elementos de corrosão. No elemento de corrosão existem todos os componentes de uma pilha. Só que neste caso, tanto o cátodo e o anodo, pertencem á mesma superfície, mas tornam-se. superfície. Regiões diferentes da mesma Podemos ver que o elemento de corrosão é uma pilha em curto-circuito e que não pode ser desligada. O processo consiste em que no anodo, o metal passa para a água na forma iônica, se oxida e no cátodo o oxigênio contido na água sofre redução. Se a água não tiver oxigênio
dissolvido, ela mesma sofre redução. Sendo que com ou sem oxigênio, ocorre a formação de íons hidroxila como produto da reação. O processo básico desta reação pode ser dado com uma placa de zinco molhado com água contendo oxigênio dissolvido. O Zn +2 formado sobre o anodo caminha em direção do cátodo e os OH - formados sobre o cátodo caminham na direção do anodo e ao se encontrar, formam o Zn(OH) 2 Reações: ½ O 2 + H 2 O + 2 e - 2 OH - Zn 0 Zn +2 + 2 e - ½ O 2 + H 2 O + Zn 0 Zn(OH) 2 Para a corrosão que não existe a presença do oxigênio temos, utilizando o mesmo exemplo 2 H 2 O + 2 e - 2 OH - + H 2 Zn 0 Zn +2 + 2 e - 2 H 2 O + Zn 0 Zn(OH) 2 + + H 2 Este processo acontece de maneira similar para todos os metais, rendendo logicamente hidróxidos diferentes. Com estes conceitos podemos estabelecer o processo eletroquímico para cada tipo de corrosão apresentado, daí temos as explicações básicas para as ocorrências dos vários tipos de corrosão:
PROCESSO DA CORROSÃO UNIFORME Este processo pode ser explicado considerando se que as pilhas formadas, são de dimensões muito pequenas quando comparado com outras superfícies, isto se deve a qualidade do material e do meio corrosivo que o mesmo está exposto. O processo parece ocorrer quase que na totalidade da superfície, parecendo então uniforme. PROCESSO DA CORROSÃO PUNTIFORME No início os anodos se instalam em locais da superfície onde, por algum motivo, a camada de óxido foi removida. Se considerarmos a extensão do metal, isto ocorre em alguns pontos. C A C A C A C Na parte sem o oxido, surgem anodos e nas partes com óxido, surgem cátodos. Estas características se mantem e com o passar do tempo, a corrosão se acentua, formando os pites
PROCESSO DA CORROSÃO ALVEOLAR No início os anodos e os catodos se instalam na superfície e são bem pequenos, como na corrosão uniforme. Com o deposito de algum resíduo, ocorre que a umidade fica maior sob o resíduo, do que toda a superfície. E sob cada depósito na superfície metálica surge um anodo enquanto que o resto da superfície torna-se cátodo C A C A C A A C Como resultado tem a corrosão alveolar e a área corroída é do tamanho do depósito. Haverá tantas áreas corroídas quanto forem os depósitos PROCESSO DA CORROSÃO INTERGRANULAR
No início os anodos se localizam nas regiões entre os grãos, seguindo exatamente seu formato. A A corrosão tem início exatamente por estes anodos PROCESSO DA CORROSÃO DEVIDO A FRAGILIZAÇÃO PELO HIDROGÊNIO No início os anodos e os catodos se instalam na superfície e são bem pequenos, como na corrosão uniforme. Entretanto este tipo de corrosão tem efeito contrário a todos os tipos de corrosão, uma vez que o processo de dano ao metal ocorre no cátodo. C A C A C
O hidrogênio formado por redução da água, penetra no metal, pelos cátodos, criando regiões mais fracas quanto a sua resistência. PROCESSO DA CORROSÃO FRATURANTE Este processo só é obtido quando tivermos duas situações ocorrendo simultaneamente que são a corrosão e esforço devido tração ou tensão. Esta situação dá a origem a uma micro fissura e as paredes tornam-se anodo e a ponta cátodo. Esta fissura tende a aumentar conduzindo à corrosão fraturante, como resultado do consumo do metal. Este tipo de corrosão também pode ser acentuado, caso ocorra a fragilização por hidrogênio.
PROCESSO DA CORROSÃO GALVÂNICA Quando existe contato de metais de nobreza diferentes, por via de regra o metal menos nobre é o anodo e o metal mais nobre é o cátodo. A corrosão se processa em todo o anodo. Em virtude disto, quanto menor for a área do anodo em relação ao cátodo, mais intensa e indesejável é a corrosão. CONTROLE DA CORROSÃO Como sabemos o objetivo do químico não é parar a corrosão e sim executar controle sobre a mesma e para isto foram criados alguns sistemas de observação e detalhamento da corrosão, a fim de facilitar este acompanhamento, a saber: 1- DESCRIÇÃO DA CORROSÃO Costuma-se descrever a corrosão, levando-se em consideração três informações: FORMA- Descreve-se o tipo de corrosão encontrada, ou seja, uniforme, alveolar, pitting e etc. INTENSIDADE- Descreve-se o tipo de dano causado e normalmente são utilizadas as seguintes expressões: LEVE, MEDIA e SEVERA. EXTENSÃO Descreve o tamanho do dano causado e normalmente são utilizados os seguintes termos : DISPERSA, LOCALIZADA e GENERALIZADA Como exemplo temos: Em uma avaliação de um tanque observou-se que apresenta internamente uma corrosão uniforme, leve e localizada no fundo do tanque e externamente uma corrosão alveolar, severa e generalizada.
2- DETALHAMENTO DA CRATERA Normalmente isto é utilizado para diferenciar a corrosão por pitting dos outros tipos, principalmente o alveolar. Consiste em medir a largura e a profundidade de algumas crateras e comparar a profundidade e a largura da mesma Esta avaliação e a informação da espessura de uma chapa, seja qual for o uso, permite estimar se a mesma pode ser utilizada para o fim a que se destina ou se já está condenada. Paralelamente, geralmente podemos diferenciar a corrosão por pitting da alveolar usando a seguinte regra: Se L > 3 P a corrosão é alveolar Se L < 3P a corrosão é por pitting 3- TAXA DE CORROSÃO A taxa de corrosão expressa o desgaste verificado na superfície metálica e esta avaliação é de grande importância no controle da corrosão, a fim de determinar a vida útil de um equipamento ou tubulação. Para este tipo de determinação, criou-se o que chamamos de Placa de sacrifício que é utilizada para esta avaliação. A placa de sacrifício é colocada em um ponto estratégico no processo industrial de modo que possa sentir exatamente os mesmos efeitos da corrosão. Deste modo podemos avaliar o processo corrosivo em uma superfície sob controle. Normalmente utiliza-se 2 maneiras para o controle da corrosão:
1- PERDA DE ESPESSURA POR UNIDADE DE TEMPO Esta técnica determina a taxa de penetração da corrosão na superfície metálica por unidade de tempo e deve-se tomar o cuidado de se realizar várias medidas para se ter uma ideia da corrosão média do processo corrosivo Matematicamente temos: TC E = ( E I - E F )/ ( T O - T F ) ONDE TEMOS: TC E = TAXA DE CORROSÃO POR ESPESSURA ( E I - E F ) = DIFERENÇA DE ESPESSURAS INICIAL E FINAL ( T O - T F )= DIFERENÇA DE TEMPO INICIAL E FINAL ou TC E = E/ T Normalmente este valor é uma média das várias medidas obtidas, pois na chapa existe variação de espessuras As unidades de medidas utilizadas para este tipo de avaliação são : Milímetros de penetração por ano mm/ano Polegadas de penetração por ano ipy ( inchs per year) Milésimo de polegada de penetração por ano mpy ( milles per year ) Onde 1 ipy = 25,4 mm/ano 1 mpy = 0,0254 ipy Normalmente, os equipamentos para se determinar a espessura, são o calibre mecânico e o ultrassom. 2- PERDA DE PESO POR UNIDADE DE TEMPO Esta técnica determina a taxa de massa do metal que se perde no processo da corrosão por unidade de tempo Matematicamente temos:
TC P = ( P I - P F )/ ( A O. T ) ONDE TEMOS: TC P = TAXA DE CORROSÃO POR PESO ( P I - P F ) = DIFERENÇA DE PESOS INICIAL E FINAL T= ( T O - T F )= DIFERENÇA DE TEMPO INICIAL E FINAL A O = ÁREA TOTAL EXPOSTA À CORROSÃO ou TC P = P / ( A o. T) A unidade de medida utilizada para este tipo de avaliação é : mdd : miligrama por decímetro quadrado por dia Este tipo de medida, que é muito mais fácil e prática de ser obtida, oferece uma variação muito pequena em processos já controlados e não fornece uma noção de profundidade da corrosão, o que dificulta muito a avaliação. Então, desenvolveu-se uma maneira de se transformar o controle de corrosão obtido por massa em profundidade, que pode ser dado por: ipy = ( 0,00144. mdd)/d ou mdd= ipy. 696. d onde: ipy = polegadas de penetração por ano mdd = miligramas por decímetro quadrado por dia d= densidade do metal em g/cm 3 EXERCÍCIOS 1- Transformar: a) 2 mm/ano em ipy b) 4ipy em mm/ano c) 0,05 mpy em ipy d) 0,007 mpy em mm/ano
2- Tendo-se a densidade, transformar: a) d= 0,85 g/cm 3 75 ipy em mdd b) d= 0,35 g/cm 3 25 ipy em mdd c) d= 0,505 g/cm 3 0,055 mdd em ipy d) d= 0,40 g/cm 3 0,006 mpy em mdd 3-Determinar a área das seguintes placas de sacrifício a) 8cm de comprimento, 2 cm de largura e 1mm de espessura b) 10cm de comprimento, 3 cm de largura e 2mm de espessura c) 18cm de comprimento, 1 cm de largura e 1mm de espessura d) 5cm de comprimento, 3 cm de largura e 0,5 mm de espessura 4- Determinar a taxa de corrosão de um metal cuja espessura inicial era de 40 mm e após 10 anos observou-se que era de 20 mm (nota : a chapa tem 2 lados) 5- Uma chapa cuja especificação de espessura era de 0,5 cm, ficou exposta por apenas um lado em um meio corrosivo e depois de algum tempo, obteve-se a espessura de 30 mm. Sabendo se que a taxa de corrosão foi de 1,5mm por ano. Quanto tempo ficou exposta? 6- Calcular a taxa de corrosão em uma placa de sacrifício de 5cm de comprimento, 3 cm de largura e 0,5 mm de espessura que ficou exposta por 60 dias em um meio corrosivo e teve perda de 50 mg 7- Metais idênticos A, B e C que foram expostos em três meios corrosivos diferentes por 10 anos e tiveram os seguintes resultados : Item Espessura inicial Espessura final Metal A 0,50 mm 0,30mm Metal B 0,60 mm 0,45 mm Metal C 0,40 mm 0,35 mm Determinar a taxa de corrosão para cada metal e indicar qual o meio mais corrosivo 8- Um engenheiro fez um trabalho de controle de corrosão em sua indústria e chegou aos seguintes resultados: Metal Tempo de exposição (dias) Perda de peso (mg) Taxa de corrosão (mdd) 1 5 100 2 1 10 200 2 1 15 300 2 1 20 500 2,5 1 25 600 2,4 2 5 200 1,6 2 10 400 1,6
2 15 600 1,6 2 20 800 1,6 2 25 1000 1,6 3 5 300 4 3 10 400 2,6 3 15 400 1,7 3 20 400 1,3 3 25 500 1,3 Pede-se: a) qual o metal que perdeu mais massa durante o teste b)qual condição apresentou resultado melhor nos primeiros 10 e 20 dias c)qual condição apresentou piores resultados nos primeiros 10 e 20 dias d) qual metal você usaria CLASSIFICAÇÃO DOS METAIS QUANTO A RESISTÊNCIA A TAXA DE CORROSÃO A NACE (National Association of Corrosion Engineers) estabelece o seguinte critério para avaliação da necessidade de se substituir matérias TAXA DE CORROSÃO ( mm/ano) RESISTÊNCIA A CORROSÃO OBSERVAÇÃO Até 0,051 Excelente Manter as condições e controles operacionais 0,052 a 0,25 Boa Manter condições e reforçar controles 0,26 a 0,50 Media Melhorar as condiçoes e controles operacionais 0,51 a 1,25 Baixa Estudar a viabilidade economica de se substituir material Acima de 1,25 Muito baixa Substituir o material