Sistema de proteção catódica_capI

5/10/2018 Sistema de proteção catódica_capI - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/sistema-de-protecao-catodicacapi 1/4

1

CAPÍTULO 1Corrosão em Instalações Metálicas Enterradas ou Submersas

1.1 INTRODUÇÃOO presente capítulo analisa os principais tipos de corrosão a que estão sujeitas as instalações metálicas enterradas ou

submersais, tais como tubulações (oleodutos, gasodutos, minerodutos, adutoras, linhas enterradas em unidades industriais,

emissários submarinos), piers de atracação, bases de tanques de armazenamento, navios, camisas metálicas de poços, cabos

telefônicos, redes de incêndio, armaduras de aço de concreto e muitas outras, largamente utilizadas em obras de engenharia.O conhecimento dos processos corrosivos que atacam essas instalações é de extrema importância, não só pelo patrimônio

valioso que elas representam para as indústrias, empresas de gás, de petróleo, de mineração, petroquímicas, estaleiros,

armadores e companhias de saneamento e águas, mas também para o estudo adequado e perfeita aplicação das técnicas de

combate à corrosão para esses casos, tais como a aplicação dos revestimentos protetores e da proteção catódica.

1.2 COMO A CORROSÃO SE PROCESSAA corrosão é, na grande maioria dos casos, fruto de uma reação eletroquímica que envolve metais e um eletrólito, composto,

de um modo geral, de substâncias químicas e água, as quais se combinam formando pilhas capazes de gerar uma corrente

elétrica. Os solos, por mais secos que pareçam, sempre contêm água e funcionam, normalmente, como excelentes eletrólitos

para a passagem dessa corrente.

Quando uma tubulação de aço ou de ferro é enterrada, ela fica sob a ação de processos corrosivos, ou pilhas de corrosão,

que podem ser causados por:

1) contatos elétricos entre dois metais diferentes;2) heterogeneidades do aço ou do ferro;

3) heterogeneidades do solo;

4) eletrólise causada por correntes elétricas de fuga oriundas de fontes externas de força eletromotriz (como os

geradores de corrente contínua das estradas de ferro eletrificadas) ou;

5) pela combinação de alguns ou de todos esses fatores atuando ao mesmo tempo, como acontece na maioria das

vezes.

Em casos especiais, menos comuns, uma tubulação enterrada pode ser atacada também pela corrosão resultante da ação de

certos tipos de bactérias.

Analisemos cada uma dessas condições separadamente.

1.2.1 Contatos Elétricos entre Dois Metais DiferentesSe qualquer dos metais utilizados normalmente em instalações industriais é colocado em contato com o solo, existe uma

diferença de potencial entre esse metal e o solo. Essa diferença de potencial, chamada normalmente de potencial natural,pode ser medida com facilidade por meio de um voltímetro e de um eletrodo de referência, tal como o eletrodo de

cobre/sulfato de cobre (Cu/CuSO4), utilizado na prática, como mostrado na figura 1.1.

Figura 1.1 – Medição do potencial, em relação ao solo, de qualquer material metálico (potencial estrutura/solo).

Foto 1.1 – Corrosão de uma chapa de aço na água do mar.

Para um determinado tipo de solo cada metal apresenta um potencial diferente, de acordo com a tabela 1.1, conhecida como

Série Galvânica Prática.

TABELA 1.1Série Galvânica Prática

Metal Potencial (volts)(1)Magnésio comercialmente puro –1,75

Liga de magnésio (6% Al, 3% Zn, 0,15% Mn) –1,60

Zinco –1,10

Liga de alumínio (5% Zn) –1,05

Alumínio comercialmente puro –0,80

Aço (limpo) –0,50 a –0,80

Aço enferrujado –0,20 a –0,50

Ferro fundido (não grafitizado) –0,50



2

Chumbo –0,50

Aço em concreto –0,20

Cobre, bronze, latão –0,20

Ferro fundido com alto teor de silício –0,20

Carbono, grafite, coque +0,30

(1) Potenciais típicos normalmente observados em solos neutros e água, medidos em relação ao eletrodo de Cu/CuSO4.

Valores um pouco diferentes podem ser encontrados em diferentes tipos de solos.

A diferença de potencial existente entre dois metais enterrados no solo pode ser medida conforme mostrado na figura 1.2 eos valores mostrados na Série Galvânica Prática podem ser facilmente conferidos.

Figura 1.2 – Medição da diferença de potencial entre dois metais diferentes, em presença de um eletrólito.

Quando, por exemplo, uma haste de magnésio é enterrada no solo e ligada eletricamente a um tubo de aço também

enterrado, a diferença de potencial que existe entre o magnésio e o aço (1,0 V, aproximadamente) produzirá um fluxo de

corrente entre o magnésio, o solo, o aço e o condutor elétrico, conforme mostrado na figura 1.3.

Figura 1.3 – Formação de uma pilha galvânica.

O sentido convencional da corrente se estabelece sempre a partir do metal de potencial mais negativo, através do solo, para

o metal de potencial menos negativo (o movimento de elétrons se processa em sentido inverso), formando assim a chamada

pilha de corrosão galvânica. Quando isso acontece, o metal que libera corrente para o solo se corróe, adquirindocomportamente anódico, sendo chamado de anodo e o metal que recebe a corrente do solo fica protegido, adquirindo

comportamento catódico, sendo intitulado de catodo da pilha formada. Essa propriedade dos metais é utilizada para o

combate à corrosão de uma estrutura de aço enterrada ou submersa e essa técnica recebe o nome de proteção catódica,

como veremos mais adiante.

A mesma técnica é utilizada há muitos anos, em escala industrial, para a construção de pilhas comuns de lanterna, como

mostrado na figura 1.4.

Figura 1.4 – Pilha comum de lanterna. A diferença de potencial entre o carbono e o zinco é da ordem de 1,5 V (tabela 1.1).

Com base nesse raciocínio, extremamente simples, concluímos facilmente que devemos evitar, sempre que possível, o

contato elétrico entre metais dissimilares, na construção de instalações industriais, principalmente quando as estruturas

metálicas são enterradas ou submersas, conforme pode ser observados pelas figuras 1.5, 1.6, 1.7 e 1.8.

Figura 1.5 – Corrosão da luva galvanizada em benefício do tubo de aço.

Figura 1.6 – Corrosão no tubo de aço devido à ligação elétrica com a válvula de bronze.

Figura 1.7 – Quando uma estrutura de aço enterrada é aterrada com hastes e cabos de cobre ela sofre ataque corrosivo

severo.

Figura 1.8 – Corrosão devido à diferença de potencial existente entre um tubo novo e um tubo velho.

A corrosão que se processa em tubos de ferro fundido enterrados ou submersos, chamada de corrosão grafítica, resulta da

ação, também, de uma pilha galvânica semelhante às mostradas acima. O ferro se corróe em benefício da grafite existente

na matriz fundida, e o tubo mantém sua forma e suas dimensões originais, mas perdendo suas propriedades mecânicas, já

que só restará a massa de grafite.

1.2.2 Heterogeneidades do AçoOs aços, largamente utilizados em instalações enterradas e submersas, não são homogêneos, possuindo inclusões não

metálicas, variações de composição química e tensões internas diferentes resultantes dos processos de conformação e de

soldagem. Essas variações fazem com que as superfícies do aço se comportem como se fossem constituídas de materiais

metálicos diferentes. As pilhas de corrosão, formadas ao longo da superfície do aço, tanto podem ser microscópicas como

macroscópicas e a intensidade do processo corrosivo dependerá, como no caso anterior, da magnitude da diferença de

potencial que se estabelece nas pilhas formadas. O ataque corrosivo pode ser generalizado, porém nunca uniforme e a

superfície corroída apresenta irregularidades com aspecto rugoso, resultante da alternância das áreas anódicas e catódicas,



3

sendo comum incidir em zonas preferenciais, com o desenvolvimento de alvéolos mais profundos, podendo perfurar a

parede metálica.

Foto 1.2 – Corrosão em uma estrutura metálica.

Figura 1.9 – Pilhas de corrosão devido à não uniformidade do aço. A corrosão ocorre nos pontos de potencial mais

negativos, onde a corrente abandona o tubo e penetra no solo.

1.2.3 Heterogeneidades do SoloOs solos possuem heterogeneidades que, em conjunto com as heterogeneidades do aço, agravam os problemas de corrosão,

uma vez que tais variações (resistividade elétrica, grau de aeração, composição química, grau de umidade e outras) dão

origem, também, a pilhas de corrosão nas superfícies dos materiais neles enterrados.

As variações da resistividade elétrica do solo, sempre presentes ao longo das instalações enterradas, são as que produzem as

mais severas pilhas de corosão naquelas estruturas (figura 1.10).

Figura 1.10 – Pilha causada pela variação da resistividade elétrica do solo.

A resistividade elétrica do solo ou da água é um dos fatores mais importantes no processo corrosivo dos metais enterrados

ou submersos, sendo que, quanto mais baixo o seu valor, mais facilmente funcionam as pilhas de corrosão e mais severo é o

processo corrosivo.

Foto 1.3 – Corrosão em permutador de calor.

Acontece freqüentemente que, embora uma tubulação seja construída ao longo de uma faixa de alta resistividade elétrica

(que nos levaria, inadvertidamente, em pensar na ocorrência de corrosão suave), ela atravessa alguns locais de resistividade

elétrica mais baixa, sendo então severamente corroída devido ao aparecimento das chamadas macro-pilhas de corrosão,

onde os trechos em contato com os solos de mais baixa resistividade funcionam como áreas anódicas severas, corroendo-se

em benefício dos trechos em contato com as resistividades mais altas conforme mostrado na figura 1.11.

Figura 1.11 – Macro-pilhas de corrosão causadas pelas variações das resistividades elétricas do solo.

Outro aspecto que contribui para o agravamento da corrosão das tubulações enterradas, principalmente as de grande

diâmetro, é o fato de haver variações no grau de aeração dos solos, conforme pode ser visto na figura 1.12.

A pilha formada nesses casos recebe o nome de pilha de aeração diferencial, com corosão acentuada nas regiões maispobres em oxigênio, que se comportam como áreas anódicas, em benefício das regiões mais aeradas.

Figura 1.12 – Pilha de aeração diferencial.

1.2.4 Corrosão EletrolíticaA corrosão eletrolítica é um problema extremamente grave que, acelerando os processos acima citados, afligem as

companhias proprietárias de tubulações metálicas enterradas ou submersas.

Esse tipo de corrosão é conseqüência da existência de correntes elétricas estranhas (corrente contínua) no solo em que passa

a tubulação. Essas correntes, cuja existência independe de quaisquer dissimilaridades dos materiais metálicos, dos solos ou

das águas, podem ser oriundas de várias fontes, sendo as mais danosas e comuns, na prática, as provenientes das ferrovias

eletrificadas em corrente contínua.

Nesses casos, a parte da tubulação que é corroída (figura 1.13) funciona como anodo ativo de uma cuba eletrolítica,

rigorosamente de acordo com a Lei de Faraday da Eletrólise, onde o peso teórico do material metálico destruído é

proporcional à intensidade de corrente (ampéres), ao tempo de descarga para o solo (segundos) e ao Equivalente

eletroquímico do metal em causa (gramas/Coulomb). A tabela 1.2 apresenta as perdas de peso para os materiais metálicos

de uso mais comum.

Figura 1.13 – Pilha de corrosão eletrolítica causada por estradas de ferro eletrificadas.

TABELA 1.2Perda de Peso Mínima de um Material Metálico, quando Sujeito à Corrosão Eletrolítica



4

Metal Perda de pesoFe 9,1 kg/A . ano

Cu 10,4 kg/A . ano

Pb 33,8 kg/A . ano

Al 2,9 kg/A . ano

A corrosão, nessas circunstâncias, é extremamente severa, bastando lembrar-se que, para o caso das tubulações de aço

revestidas, as fugas de corrente para o solo se processam em pontos concentrados nas falhas do revestimento, podendoocasionar furos na tubulação até mesmo em poucos dias, dependendo do caso, com a perda de poucos gramas do metal.

1.3 CORROSÃO POR BACTÉRIASA corrosão por bactérias ou corrosão microbiológica em instalações enterradas, menos freqüentemente de ser encontrada na

prática, resulta, de um modo geral, da ação de certos tipos de bactérias, em especial as redutoras de sulfatos. A corrosão por

bactérias pode ser facilmente eliminada com a utilização dos sistemas de proteção catódica, convenientemente ajustados.

1.4 MÉTODOS DE PROTEÇÃO CONTRA A CORROSÃOTodos os processos corrosivos acima citados podem ser eliminados com relativa facilidade e baixo custo mediante a

utilização de um revestimento protetor convenientemente escolhido, complementado por um sistema de proteção catódica

que, para o caso de existência de correntes de fuga de estradas de ferro eletrificadas, precisa ser utilizado por um sistema

eficiente de drenagem das correntes tubo/trilho (interligações elétricas, através de diodos adequadamente dimensionados e

instalados entre a tubulação enterrada e os trilhos da estrada de ferro).

1.4.1 Revestimentos ProtetoresA escolha do revestimento a ser utilizado é função, entre outras variáveius, das condições do meio onde a instalação será

construída. Os revestimentos betuminosos, aplicados a quente, vêm sendo utilizados há muitos anos para a proteção de

tubulações, apresentando grande eficiência. Mais recentemente estão sendo usados, também, revestimentos por meio de

fitas adesivas.

O revestimento possui a finalidade específica de formar uma barreira protetora, isolante, entre o metal e o solo ou água,

impedind, com isso, o funcionamento das pilhas de corrosão. Desde que as correntes de corrosão sejam impedidas de

circular através do solo, a corrosão cessa totalmente.

Acontece, porém, que mesmo os revestimentos de boa qualidade, bem especificados e aplicados com o máximo rigor,

mediante preparo adequado da superfície, aplicação de primer conveniente, inspeção com holiday detector e reparos,

possuem falhas, devido à porosidade normal dos materiais utilizados e aos danos decorrentes do transporte, manuseio e

instalação, sem falar nas uniões soldadas, que são revestidas, muitas vezes precariamente, por meio de processo manual.Além disso, as variações das condições do solo contribuem para o envelhecimento da camada isolante, com o passar do

tempo diminuindo progressivamente sua eficiência. Sempre acontece que um revestimento com excelente eficiência

imediatamente após a construção da obra fica sujeito a várias falhas em tempo relativamente curto. As correntes de corrosão

fluindo através dessas falhas, normalmente em pontos concentrados, contribuem para corrosão localizada, podendo furar a

parede metálica. No capítulo 9 estão descritos os principais tipos de revestimentos normalmente utilizados para as

instalações metálicas enterradas ou submersas, de um modo geral.

1.4.2 Proteção CatódicaO único método seguro e econômico para a proteção contra a corrosão de instalações metálicas enterradas ou submersas,

consiste no uso de um revestimento adequado, com as preocupações normais de aplicação e inspeção, complementado pela

proteção catódica.

A correta aplicação de um sistema de proteção catódica equivale à obtenção de um revestimento perfeito, ou seja,

totalmente isento de falhas, sendo que os revestimentos e a proteção catódica estão intimamente ligados. Quanto melhor o

revestimento, mais baixo o custo da proteção catódica e quanto pior o revestimento, maior será a quantidade de corrente

necessária para proteger os tubos.

No capítulo seguinte são descritos os princípios básicos e os métodos de aplicação dos sistemas de proteção catódica,

incluindo considerações a respeito do seu custo.

Sistema de proteção catódica_capI

Documents

Transcript of Sistema de proteção catódica_capI