Generalidades sobre a proteção catódica

19 abr Generalidades sobre a proteção catódica

Proteção Catódica

A proteção catódica é um dos tipos de processo de combate à corrosão existente atualmente. No entanto, faz-se importante apresentar aspectos conceituais sobre corrosão, antes de abordar a proteção catódica. Esse item do referencial começará mencionando a corrosão até o aprofundamento do conceito de proteção catódica para dutos metálicos enterrados.

Corrosão

Até algum tempo atrás, usava-se o termo corrosão apenas como um tipo de deterioração, freqüentemente encontrado em materiais metálicos. No entanto, segundo Dutra (1999, p. 03) a corrosão é “a deterioração dos materiais pela ação do meio”. Assim, esse conceito abrange não só os materiais metálicos, mas todo e qualquer tipo de material sujeito a alguma degradação decorrente de um agente externo.

Nesse trabalho, a corrosão será abordada de forma simplificada, trazendo apenas os conceitos necessários ao entendimento da proteção catódica.

 

Tipos de Corrosão

De acordo com Dutra (1999), “a corrosão pode ser classificada em quatorze tipos”, de acordo com as condições que ocorre, como segue:

a) Corrosão galvânica – Conforme Dutra (1999), “a corrosão galvânica é o processo corrosivo resultante do contato elétrico de materiais dissimilares, em presença de um eletrólito”.

b) Corrosão em frestas Nas frestas há uma pré-disposição à corrosão. Essa ação ocorre por aeração diferencial e por concentração diferencial.

c) Corrosão atmosférica – Entende-se por corrosão atmosférica aquela que ocorre em estruturas aéreas, sujeitas à ação da umidade relativa do ar, da quantidade de sais em suspensão e da concentração de gases poluentes na atmosfera.

d) Corrosão pelo solo Esse tipo de corrosão ocorre em estruturas enterradas. Ela depende do pH, da umidade e da composição química do solo. Também são fatores relevantes à resistividade e a permeabilidade do solo, além da presença de bactérias e poluentes no solo.

e) Corrosão pela água – A corrosão pela água ocorre em estruturas que mantém contato com algum meio aquoso. As estruturas que se encontram em contato com a água salgada têm uma taxa de corrosão muito maior daquelas que possuem contato com a água doce.

f) Corrosão microbiológica – Ação corrosiva provocada por algumas bactérias, que em condições favoráveis agridem as estruturas.

g) Corrosão eletrolítica – De acordo com Dutra (1999, p. 21), “designa-se corrosão eletrolítica aos processos corrosivos de natureza eletroquímica, ocasionados em estruturas metálicas enterradas ou submersas, como resultado de um fluxo indesejável de corrente contínua dispersa no eletrólito”.

h) Corrosão intergranular – Esse tipo de corrosão, também conhecida por corrosão intercristalina, ocorre freqüentemente nos aços inoxidáveis.

i) Corrosão por compostos de enxofre – Esse tipo de corrosão aparece principalmente em processos químicos, petroquímicos ou de petróleo, onde o enxofre aparece como resíduo ou matéria necessária ao processo.

j) Corrosão grafítica – É a corrosão que ocorre nos ferros fundidos cinzentos, na presença de um eletrólito. Nesse processo o material é corroído, deixando na superfície uma camada porosa de grafite e sem qualquer resistência mecânica.

k) Dezincificação – Processo corrosivo que aparece em ligas de zinco, especialmente latões. Nesse processo o material é corroído, deixando na superfície uma camada porosa de cobre e sem qualquer resistência mecânica.

l) Corrosão em concreto – Esse tipo de corrosão normalmente ocorre por incidência de infiltrações na estrutura, seja ela aérea, enterrada ou submersa. A corrosão acontece principalmente na armadura dessas estruturas, podendo atingir a camada de concreto.

m) Corrosão sob fadiga – Processo de corrosão associado à fadiga do material.

n) Corrosão sob tensão – A corrosão sob tensão é um processo de deterioração de materiais metálicos, de fora para dentro, submetidos a tensões estáticas de tração.

De acordo com a literatura existente, pode-se ainda classificar a corrosão em dois grandes grupos:

• Corrosão eletroquímica, e;
• Corrosão química.

Métodos de Combate à Corrosão Há uma forma de combate para cada tipo de corrosão conhecida.

 

Corrosão eletroquímica

Há vários métodos para se proteger estruturas da corrosão eletroquímica. De acordo com Dutra, esses métodos baseiam-se em controlar ou até mesmo impedir o funcionamento das células de corrosão. Os principais métodos são:

a) Práticas de Projeto

Consiste em evitar o aparecimento das “pilhas” de corrosão, através de práticas reconhecidamente eficazes.

b) Métodos de proteção baseados no metal

Estes métodos consistem na escolha da melhor liga metálica a ser usada, de acordo com o ambiente agressivo que se tem. Inclui-se nesses métodos a utilização de ligas resistentes à corrosão e a aplicação de tratamentos térmicos para o aumento da resistência à corrosão.

c) Modificações do meio corrosivo

Pode-se controlar a corrosão modificando-se o meio que a estrutura se encontra. Essas modificações podem ser físicas, químicas ou através da adição de determinados compostos. Normalmente são utilizados:

Emprego da desaeração;

Diminuição da temperatura;

Emprego de inibidores de corrosão;

Diminuição da velocidade do eletrólito.

d) Revestimentos protetores

Esse tipo de revestimento é normalmente aplicado em superfícies metálicas, formando uma espécie de barreira – um dielétrico – entre o metal da estrutura e o meio corrosivo.

Divide-se em três tipos principais: Orgânicos, Inorgânicos e Metálicos. Os principais tipos de Revestimentos Orgânicos são:

• Pintura industrial;
• Revestimento com plástico;
• Revestimento com borracha;
• Revestimentos para tubulações enterradas ou submersas.

Esse último tipo de revestimento é de grande importância para este estudo. Como esse trabalho trata de tubulações metálicas enterradas, esse revestimento entra como um dos itens que se deseja abordar.

Esse tipo de revestimento deve possuir algumas características para o seu devido uso:

• Boa flexibilidade;
• Boa resistência mecânica;
• Boa e permanente aderência ao tubo;
• Resistência às características do solo, como acidez, alcalinidade, sais e bactérias;
• Baixa taxa de absorção de água;
• Boa resistividade elétrica (resistência elétrica);
• Boa resistência à água, vapor e produtos químicos;
• Boa estabilidade sob efeito da variação da temperatura;
• Durabilidade;
• Economicidade;
• Facilidade de aplicação e reparo.

Os principais tipos de revestimentos orgânicos, empregados para tubulações enterradas são:

a) Revestimento com esmalte de alcatrão e hulha (coal-tar): Normalmente esse revestimento é aplicado em duas espessuras, uma de 3 a 5 mm (revestimento simples) ou outra de 6 a 8 mm (revestimento duplo). A primeira é aplicada em meios de média e baixa agressividade e o duplo em meios altamente agressivos (água do mar, solos de baixa resistividade, etc.), ou ainda em condições severas de correntes de interferência.

Segue abaixo o esquema de aplicação:

Limpeza dos tubos: com escovas e com jateamento comercial;

Aplicação de demão de tinta de fundo ou primer, que é uma tinta de base elastomérica e que seca por evaporação do solvente;

Aplicação do esmalte de alcatrão de hulha, que é feito a quente;

Aplicação imediata de uma camada de véu de fibra de vidro reforçada e outra de véu de fibra de vidro impregnado.

O esquema de aplicação do revestimento duplo consiste na aplicação, logo após o véu de fibra de vidro, de outra camada de esmalte de alcatrão de hulha, com véu de fibra de vidro e, finalmente, o véu de fibra de vidro impregnado.

A aplicação desse revestimento pode ser feito em campo ou na planta industrial, sendo a segunda muito mais eficiente, devido ao melhor controle da qualidade da aplicação.

Para dutos submersos, aplica-se sobre o revestimento duplo de esmalte de alcatrão de hulha um revestimento de concreto, para evitar a flutuação negativa (deposição no fundo).

Apesar desse tipo de revestimento ser muito utilizado, ele vem diminuindo sensivelmente pelos seguintes motivos:

• A resistividade elétrica desse tipo de revestimento decai expressivamente nos primeiros 10 anos depois de aplicado. Dessa forma a proteção catódica é mais solicitada;
• Elevada incidência de reparos, devido a danos ocorridos no manuseio, transporte, armazenamento e o lançamento dos tubos nas valas;
• Problemas de poluição ambiental, devido ao desprendimento de gases tóxicos durante aplicação;
• Degradação devido à incidência dos raios solares no armazenamento superior a seis meses;
• Aparecimento de revestimentos modernos a base de polímeros.

b) Revestimento com asfaltos:

Esse tipo de revestimento é muito parecido com o anteriormente citado (esmalte de alcatrão de hulha). Está em desuso também, pelos mesmos motivos do anterior e só se diferencia pelo preço e pela qualidade, ambos inferiores.

c) Revestimento com fitas plásticas: As fitas plásticas mais utilizadas são as de poliuretano, PVC e fitas de poliéster. Elas são aplicadas helicoidalmente em torno do tubo a ser protegido, com sobreposição de 50% entre camadas. A aplicação pode ser mecânica ou manual. Trata-se de um revestimento de qualidade inferior, pois na aplicação em campo pode não ser atendida a especificação de 50%. No entanto, nos reparos em campo são muito utilizadas.

d) Revestimento com espuma rígida de poliuretano: Normalmente aplicado em espessuras de 50mm, esse tipo de revestimento é utilizado para dutos metálicos enterrados que operam em condições especiais de temperatura. Logo, uma característica que se requer é o isolamento térmico.

e) Revestimento com tinta à base de coal-tar epoxi: Revestimento considerado precário devido a baixa resistência mecânica que possui. Esse revestimento também recebe o nome de epoxi piche de carvão.

f) Revestimento com polietileno extrudado: Esse revestimento, considerado moderno por Dutra, utiliza polietileno de baixa densidade, extrudado sobre o tubo metálico.

g) Revestimento com polipropileno extrudado: Esse revestimento, muito parecido com o Revestimento com polietileno extrudado só difere pelo polímero utilizado, Polipropileno extudado. A aplicação é normalmente feita em 3 camadas.

Os principais tipos de Revestimentos Inorgânicos são:

• Anodização;
• Fosfatização;
• Revestimento com argamassa de cimento;
• Cromatização;
• Revestimento com material cerâmico;
• Revestimento com vidro;
• Revestimento com esmalte vítreo.
• Os Revestimentos Metálicos dividem-se em:
• Cladização;
• Lining ou recobrimento;
• Eletrodeposição;
• Metalização;
• Deposição Química;
• Imersão a Quente.

 

Definição

Segundo a Esteio (2004), “A Proteção Catódica (Cathodic Protection) é um processo de proteção elétrica que faz uso de uma corrente induzida em dutos de aço enterrados para complementar a proteção anti-corrosão do revestimento já existente”.

Já Dutra (1999, p. 48) diz que “a Proteção Catódica é um método de controle da corrosão, que consiste em transformar a estrutura a proteger no catodo de uma célula eletroquímica ou eletrolítica”. A proteção catódica só pode ser usada em estruturas enterradas ou submersas, devido à presença de um eletrólito contínuo. Isso não se consegue em estruturas aéreas, na atmosfera.

Princípios Básicos da Proteção Catódica

O emprego da proteção catódica no Brasil data da década de 60, com o desenvolvimento da Petrobras. Hoje, a proteção catódica é um ramo da engenharia altamente especializado, com materiais, equipamentos e métodos específicos, dos quais a vida de alguns milhares de quilômetros de tubulações metálicas submersas e enterradas dependem.

A aplicação dessa metodologia de combate à corrosão é aplicada em diversas áreas,como segue:

• Tubulações subterrâneas e submersas;
• Tanques de armazenamento subterrâneos;
• Proteção das estruturas metálicas de piers;
• Embarcações metálicas;
• Plataformas metálicas;
• Proteção interna de tubulações de água;
• Câmara interna de permutadores de calor;
• Proteção da ferragem de armação e reforço do concreto.

O mecanismo básico da proteção catódica é baseado na corrosão eletroquímica. Esse tipo de corrosão, como visto anteriormente, necessita de um eletrólito para que as células de corrosão (áreas anódicas e catódicas) se formem.

Se algum processo transformar as duas áreas em catodo e o anodo for destinado a alguma área designada para este fim, o fluxo mencionado acima deixará de existir. Logo, processo corrosivo deixará de existir na estrutura. Dutra menciona que dessa proteção artificial criada no material , surgem as seguintes conseqüências:

• A superfície do material é polarizada, de forma que toda ela torne-se catódica;
• Elevação do pH no entorno do catodo, favorecendo assim a proteção do material;
• Na superfície a ser protegida só aparecerá reações de redução, jamais havendo reação de oxidação.

Tipos de Proteção

Existem dois tipos de se aplicar a proteção catódica, ambos baseados na injeção de uma corente elétrica na estrutura, através do eletrólito (DUTRA, 1999).

 

Proteção catódica galvânica

Nesse tipo de proteção, a corrente elétrica é derivada da força eletromotriz existente entre o material a ser protegido e o outro material, escolhido para anodo.

Devido às diferenças de potenciais galvânicos, que não ultrapassam 1,2V dependendo do par metálico considerado, a resistência global do sistema deverá ser baixo, para que se consiga uma corrente suficiente para proteger a estrutura metálica.

Como desvantagem desse tipo de proteção, citamos que o anodo necessita de reposição periódica. Além disso, apresenta limitações no seu uso para proteção de estruturas metálicas sujeitas a fortes correntes de interferência e, não permite a regulagem da corrente injetada. Como vantagem, esse sistema apresenta maior confiabilidade, sendo menos sujeito a interrupções no seu funcionamento.

 

Proteção catódica por corrente impressa

Nesse sistema de proteção, a corrente elétrica provém de uma fonte geradora de corrente contínua, que pode ser um gerador, uma bateria ou um retificador. Normalmente são utilizados retificadores como fonte. Essa fonte é utilizada em conjunto com o leito de anodos, que é o dispesor de corrente no eletrólito, normalmente constituído de anodos inertes.

Para cada tipo de instalação, deve-se procurar o material mais adequado para compor o leito de anodos. Segue tabela abaixo com os tipos de materiais utilizados.

Tabela 1 – Materiais para anodos inertes

• Material do Anodo Uso
• Grafite Solos, água doce e água do mar
• Ferro-Silício Solos e água doce
• Ferro-Silício-Cromo Solos, água doce e água do mar
• Chumbo-Antimônio-Prata Água do mar
• Titânio platinizado Água do mar
• Titânio revestido (óxido de metais nobres) Solos, água doce e água do mar
• Nióbio platinizado Água do mar
• Magnetita Solos, água doce e água do mar

Nesse tipo de proteção é de extrema importância a verificação da ligação dos pólos positivo e negativo da fonte de corrente contínua. O primeiro, pólo positivo deverá ser ligado ao leito de anodos. O segundo, pólo negativo, conectado na estrutura que se quer proteger. Caso haja uma inversão nessas ligações, poderá ocorrer o contrário do que se deseja, ou seja, a estrutura deixará de estar protegida e em processo de corrosão acelerada.

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