Degradação e Protecção de Materiais - Técnico Lisboa · M.G. Fontana, ... M. Hutchings,...

Degradação e Protecção de Materiais

Capítulo 1.1Introdução

Docente: João Salvador FernandesLab. de Tecnologia Electroquímica

Pavilhão de Minas, 2º AndarExt. 1964

2João Salvador – IST 2009

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 relatório6 relatórios pequenos1 relatório completo (trabalhos 3 e 4 em conjunto)

Aulas Práticas – Problemas (1x semana)



Método de AvaliaçãoExame Final (Peso = 70%)

Laboratórios / Relatórios (Peso = 30%)

BibliografiaMário G.S. Ferreira, “Princípios da Corrosão Electroquímica”, “Passivação”, “Tipos de Corrosão”, IST, 1998.

M.G. Fontana, “Corrosion Engineering”, 3rd edition, MacGraw-Hill BookCompany, 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, 1992



Material de EstudoAcetatos 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)


Introdução

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


Introdução

Considerações EnergéticasA 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 + EnergiaMetalurgia

Corrosão

MagnésioAlumínio

ZincoCrómioFerroNíquel

EstanhoChumboCobrePrata

PlatinaOuro

Mais energia necessária para a

sua produção

Menos energia necessária para a

sua produção

Maior tendência para sofrer corrosão

Menor tendência para sofrer corrosão

Metal


Introdução

A corrosão à nossa voltaautomóveis: 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)


Introdução

Importância da Corrosão Metálicauso 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


Introdução

Custos devidos à corrosãoCustos directos

Custos de substituição de peças danificadas (incluindo energia e mão de obra)

Custos de manutenção de sistemas de protecção (revestimentos, protecção catódica, ...)

Custos indirectosParalisações

Perda de produto

Perda de eficiência

Contaminação de produtos

Necessidade de sobredimensionamento dos projectos

Outros custosSegurança de instalações, cuja falha pode resultar em perdas humanas (automóveis, aviões, pontes, tubagens, tanques, etc)

Degradação de monumentos


Introdução

Custos devidos à corrosão

Em 1988, um Boeing 737-200 da Aloha Airlinesperdeu parte da sua fuselagem durante o vôo, causando a morte de um tripulante


Introdução


O acidente ocorrido em 1979 no reactor 2 de Three MileIsland teve origem numa fuga de fluido de arrefecimento que pode ter sido devida a corrosão sob tensão


Introdução


A Estátua da Liberdade estáexposta 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$ 780 000.


Introdução

Custos anuais da corrosãoestimativa em 1998 (3.1% do PNB)

PAÍS PNB – 1998 (x103 milhões de dólares)

CUSTO DA CORROSÃO (milhões de dólares)

E.U.A. 8 790 276 000

Japão 3 940 122 100

Alemanha 2 150 66 650

França 1 450 45 000

Inglaterra 1 410 43 700

Portugal 111 3 441 (690 milhões de contos)

o custo anual devido a desastres naturais nos EUA é de aprox. 17 000 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 àcorrosão, equivale a 25%-30% da produção anual de ferro.


Introdução

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 http://www.corrosioncost.com


Introdução

Selecção de um material

Resistência Resistência ààCorrosãoCorrosão

CustosCustos

DisponibilidadeDisponibilidade

Resistência Resistência MecânicaMecânica

MaquinabilidadeMaquinabilidadeEstEstééticatica

MATERIALMATERIAL


Introdução

Cálculo de custosRelação entre valor actualizado e valor futuro de um investimento:

ou

niVAVF )1(* +=

( )niVFVA+

=1

( ) ( ) ( )nn

iRE

iRE

iREIVAL

++⋅⋅⋅⋅⋅+

++

++−=

111 22

11

O Valor Actualizado Líquido é uma medida do retorno de um investimento:

em que I é o investimento (inicial), RE os resultados esperados para cada ano e i a taxa de juro considerada.


Introdução

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 7000 € + 1000 € / ano e vida útil superior a 8 anos)

aço inox (custo de 20000 € 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)


Introdução

Cálculo de custos (cont.)

Ano Aço Açoc/protecção Aço Inox

012345678

-8000

-8000

-8000

-8000

------

-15000-1000-1000-1000-1000-1000-1000-1000-1000

-20000

VAL (5%)VAL (10%)

-27808-24592

-21464-20334

-20000-20000

=> AÇO INOX (embora nem sempre adequado)


Introdução

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).


Introdução

Usos benéficos da corrosão

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

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