1ª LISTA DE EXERCÍCIOS - CORROSÃO 1. Defina corrosão?
Deterioração de um material, geralmente metálico, por ação química ou eletroquímica do meio ambiente aliada ou não a esforços mecânicos.
2. Cite três tipos de custos financeiros diretos e três indiretos que podem ter como causas a corrosão metálica
Os custos diretos são os custos atribuídos aos proprietários ou operadores das estruturas, fabricantes de produtos e fornecedores de serviços, relacionados com: seleção de materiais mais resistentes e aumentos de espessuras; utiliação de revestimentos, inibidores de corrosão, t!cnicas eletroquímicas; inspecção, manutenção e reparação; controlo das condiç"es ambientais; perdas de produtividade. Os custos indiretos são os custos não pagos pelos donos ou operadores e frequentemente ignorados, relacionados com: o impacto no ambiente, na qualidade da água e do ar; a preservação de monumentos; • • • • •
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aa sa#de segurança das pessoas e bens; publica; sustentabilidade dos recursos naturais.
3. Qual a estimativa de custos em nível mundial da corrosão?
$m estudo encomendado pelo %ongresso &mericano, realiado de '((( a )**' nos +$&, estimou que os custos diretos da corrosão são ,'- do /0 americano e que )*- a *- desses custos são evitáveis. 4. m rela!ão a produ!ão mundial de a!o" que percentuais estimados são conta#ili$ados como destinados a reposi!ão de perdas por corrosão? %ara recicla&em 'sucata( por pro#lemas relacionados a corrosão? Quanto ) completamente destruído pela corrosão?
+stima1se que cerca de '2 do aço produido mundo destina1se a reposição de perdas por corrosão, ))retornam 3s usinas sob a forma de sucata, cerca de '*- ! completamente destruído pela corrosão. *. %orque di$+se que o ferro está em uma condi!ão termodin,mica instável em rela!ão ao seu estado natural" ou se-a" quais as considera!es ener&)ticas a serem consideradas entre o ferro e seus min)rios?
O ferro ocorre na naturea sob forma de 45idos estáveis, a partir dos quais por redução t!rmica, se obt!m ferro elementar. 6as, como este ! termodinamicamente instável, tende a voltar espontaneamente para sua condição de maior estabilidade, o5idandose e conseq7entemente sofrendo destruição. +sta ! a causa básica da corrosão, isto !, a tend8ncia espontânea que os metais apresentam para retornar ao estado estável. /. Como são classificados os tipos de corrosão se&undo a morfolo&ia dos mesmos?
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Corrosão por placas : rodutos de corrosão formam1se em placas que se desprendem
progressivamente. 9 comum em metais que formam película inicialmente protetora mas que, ao se tornarem espessas, fraturam e perdem ader8ncia, e5pondo o metal a novo ataque; Corrosão por Pites ocaliada, com formação de cavidades de pequena e5tensão e raoável profundidade. %aracterística de materiais metálicos formadores de películas protetoras passiváveis< il=a ativa1passiva, com rompimento da camada passiva equena área an4dica e grande área cat4dica Difícil acompan=amento Intergranular: entre os grãos da rede cristalina do material metálico 1 stress corrosion crac>ing Intragranular nos grãos da rede cristalina do material metálico Filiforme finos filamentos, em diferentes direç"es que não se cruam comum em ambientes com $.?. superior a @A-<. Esfoliação se processa em diferentes camadas 1 inc=amento do material metálico delaminação paralela 3 superfície metálica<. Grafítica em ferros fundidos cinentos em temperatura ambiente, onde o ferro ! convertido em produtos de corrosão, restando a grafite intacta. Dezincificação ocorre em ligas de cobre1inco, regi"es com coloração avermel=ada contrastando com a coloração das ligas corrosão preferencial do inco<. Empolamento pelo =idrog8nio entrada do =idrog8nio atBmico nos metais e rápida difusão. +m regi"es com descontinuidades, como inclus"es e vaios, converte1se em C), e5ercendo pressão e srcinando a formação de bol=as.
0. Como são classificados os meios corrosivos? o aspecto &eral" qual o mais importante e porquê?
&tmosfera, aguas naturais, solo. &tmosfera, devido ao elevado custo cerca de A*- do custo total<. . iste material realmente inoidável? ustifique.
ão. %orrosão depende do material e do meio. 5. plique" mostrando as semi+rea!es e a equa!ão &lo#al o que ocorre ap6s certo tempo" numa c7apa de ferro" se nela for colocada uma &ota de á&ua sal&ada. Qual o tipo de pil7a envolvida no processo?
Caverá corrosão por aeração diferencial, como conseq78ncia da formação de uma pil=a de aeração diferencial num meio corrosivo neutro aerado. +sse tipo de pil=a se forma devido 3 diferença nas concentraç"es de o5ig8nio. & parte menos aerada, o centro da gota, funcionará como ânodo da pil=a, cedendo el!trons para a parte mais aerada, a periferia da gota. Cá, portanto, corrosão no centro da gota. &s semi1reaç"es e a reação global envolvida nesse processo são: Ee F Ee)G G )e1 reação an4dica< C)O G H O) G )e1 F )OC1 reação cat4dica< Ee G C)O G H O) F Ee)G G )OC1 reação global< 18. Que tipo de prote!ão contra a corrosão ocorre quando se utili$a $inco como forma de revestimento de estruturas de ferro? Como ela funciona?
+ste tipo de proteção ! c=amado proteção cat4dica. O inco, por ter potencial de o5idação maior que o do ferro, tornar1se1á o ânodo da pil=a, e o ferro, o cátodo. ortanto, enquanto todo o inco não sofrer o5idação, a estrutura de ferro estará protegida, mesmo que =aIa fal=as no revestimento do inco. 11. plique o se&uinte fen9meno: placas de a!o -ustapostas por re#ites de co#re sofrem corrosão muito atenuada nas placas de a!o quando imersas em á&ua do mar" por)m se as placas fossem de
co#re e os re#ites de a!o" a taa de corrosão dos re#ites de a!o" seria acentuadamente peri&osa" pois poderia provocar a ruptura desses re#ites.
Juando c=apas de aço Iustapostas por rebites de cobre são imersas em água do mar, eletr4lito por naturea, este penetrará pelas frestas e5istentes entre as pr4prias c=apas e entre as c=apas e os rebites de cobre. ortanto, devido 3 diferença de potencial eletroquímico entre o cobre e o ferro ser evidente, =averá corrosão do ferro maior potencial de o5idação< nas regi"es ao redor dos rebites, com uma grande área an4dica cedendo el!trons para uma pequena área cat4dica. ogo, no caso de inverterem1se as posiç"es c=apa de cobre e rebites de aço<, teremos o mesmo tipo de corrosão, devido 3s mesmas causas, por!m com o5idação acentuada dos rebites de aço, agora com a e5posição de uma pequena área an4dica cedendo el!trons para uma grande área cat4dica, o que gera corrosão muito mais intensa que no caso anterior. 12. m uma fá#rica foi feita uma tu#ula!ão de ferro contendo -untas 'li&a!ão entre tu#os de ferro( feitas de co#re. essa tu#ula!ão passa uma solu!ão aquosa. sta empresa está sofrendo de pro#lemas de corrosão na tu#ula!ão. ;ma&ine que você foi c7amado para resolver o pro#lema.
Kistema Lubulação de água M 6aterial Lubos: ferro 1 carbono Nuntas: cobre M Observaç"es /ntenso processo corrosivo na região pr45ima 3s Iuntas M %ausa %orrosão galvânica, provocada pelo contato de dois metais diferentes cobre e ferro<, que causa a corrosão do metal de maior potencial de o5idação : ferro ânodo< M Kolução impea das áreas com corrosão, substituição do material corroído. Kubstituição das Iuntas de cobre, por material an4dico ao aço1carbono, como alumínio ou inco. 13. =êm+se tanques de a!o car#ono ou de a!o &alvani$ado. %or que se deve evitar que um fluido circule por uma tu#ula!ão de co#re que alimenta o tanque" mesmo que entre o tu#o de a!o e o tu#o de co#re eista um flan&e isolante? Que su&estão você daria para resolver o pro#lema?
& corrosão galvânica ! ocasionada pela presença de cobre ou compostos srcinados pela ação corrosiva ou erosiva da água sobre a tubulação de cobre que alimenta o tanque. Deve1se evitar, que um fluido circule por um material cat4dico antes de circular por um que l=e seIa an4dico. Ke o fluido ocasionar ação mecânica e2ou ação corrosiva no tubo de cobre, arrastará partículas e2o íons, %u)G , desse metal, para o tubo de aço tendo1se então: %orrosão galvânica do tubo de aço devida a possível deposição das partículas de cobre; o caso de arraste de íons %u)G , tem1se a corrosão do aço devida 3 reação: Ee G %u)G Ee)G G %u e posterior formação do par galvânico aço1cobre dando continuidade ao processo corrosivo, podendo ocorrer perfuraç"es no tubo de aço. Juando não for possível a inversão de sentido do fluido pode1se usar um trec=o de tubo de aço, intercalado entre o tubo de cobre que transporta o fluido e o equipamento de aço1carbono , ou de outro material metálico an4dico em relação a cobre. %omo o tubo de aço ! flangeado, pode ser facilmente substituído, quando necessário, e deve apresentar diâmetro maior do que o do cobre para que =aIa redução de velocidade , possibilitando a deposição de partículas de cobre arrastadas pelo fluido.
14. > corrosão de ferro metálico envolve a forma!ão de íons
plique por que: a( a camada de $inco evita a corrosão de canos d@á&uaA
O inco tem um potencial de o5idação maior que o ferro G*,PQ R para o inco e G*,S*( R para o ferro<. Kendo assim, o inco o5ida primeiro e evita com isso a o5idação do ferro. ode1se dier que o inco atua como metal de sacrifício para impedir que o ferro se o5ide. #( quando a camada de estan7o ) danificada" epondo a camada do ferro" a corrosão ocorre mais rapidamente do que quando a referida camada está ausente.
Juando a camada de estan=o ! danificada, parte do metal se o5ida a Kn)'. Eorma1se, então, uma pil=a:
1*. B que ) passiva!ão? porque metais passivados são su-eitos corrosão quando riscados? dê um eemplo prático.
&lguns metais e ligas tendem a tornar1se passivos devido 3 formação de uma película fina e aderente de 45ido ou outro composto insol#vel nas suas superfícies. & passivação fa com que esses materiais funcionem como áreas cat4dicas. & destruição da passividade atrav!s de um risco na camada do 45ido, e5p"e a superfície metálica ativa, que funciona como ânodo. Lemos então uma pequena área an4dica circundada por grande área an4dica, dando srcem 3 corrosão. 1/. Qual a diferen!a entre pit e alv)olo?
& diferença entre pit e alv!olo está nas dimens"es da região deteriorada, embora ambas as formas de corrosão seIam localiadas. 10. B que si&nifica o termo a!o patinável e dê uma eplica!ão sucinta do motivo de sua elevada resistência corrosão comparativamente aos a!os comuns.
Os aços patináveis %orten ou %O?1L+< são aços que cont8m pequenas adiç"es de elementos de liga, como cobre, f4sforo, níquel e cromo, que em determinadas condiç"es ambientais contribuem para a formação de uma pátina que protege esses aços da ação corrosiva na atmosfera o5idante de muitos ambientes urbanos. &l!m de conferir considerável resist8ncia á corrosão atmosf!rica, esses elementos de liga tamb!m contribuem para a mel=oria de propriedades mecânicas 1. Dê um eemplo prático de corrosão por aera!ão diferencial em meio aquoso e em solos.
& corrosão por aeração diferencial ocorre com muita freq78ncia na interface de saída de uma estrutura do solo ou da água para a atmosfera. $m e5emplo de corrosão por aeração diferencial tipo lin=a dTágua, ocorre nas estruturas, estacas, etc. mergul=adas parcialmente na água do mar.De maneira análoga pode1se e5plicar a corrosão do ferro sob gotas de água ou de solução salinapor e5emplo, água do mar condensada da neblina<. as áreas cobertas pela gota ! impedido o acesso do o5ig8nio do ar, e por isso tornam1se an4dicas em relação 3s outras áreas e5postas ao o5ig8nio do ar. or e5emplo de corrosão no solo ! quando um tubo passa atrav!s de dois solos diferentes que possuem diferentes permeabilidades ao o5ig8nio, uma corrente galvânica flui da superfície mais pobremente
aerada an4dica< para a mais aerada cat4dica<. Ke as duas condiç"es são claramente separadas, as correntes galvânicas podem ser detectadas e usadas para localiar as regi"es an4dicas. 15. =em+se uma c7apa de ferro ou a!o revestido de estan7o. %orque o estan7o fornece prote!ão somente se a superfície do metal estiver completamente revestida?
%aso a cobertura da superfície for perfurada, a camada de estan=o torna1se o cátodo em relação ao ferro, que assim passa a atuar como ânodo. O par galvânico resultante produ corrosão no ferro. %om uma pequena área an4dica deve fornecer el!trons para uma grande superfície cat4dica, pode resultar uma corrosão localiada muito rápida. 28. %or que um acmulo de ferru&em ou crostas de 6idos pode provocar uma corrosão por pite numa placa de ferro ou de outro metal? mostre as rea!es cat6dica e an6dica do processo de corrosão numa placa de ferro.
O ac#mulo de ferrugem ou crostas de 45idos restringe o acesso de o5ig8nio e estabelece um ânodo. +ste promove um ac#mulo maior ainda. O resultado ! um orifício localiado pite< devido a uma corrosão não uniforme e a vida #til do produto fica reduida numa escala maior que aquela que seria indicada e5clusivamente pela perda de peso. 21. plique como funciona uma pil7a de concentra!ão i9nica diferencial. ;ma&ine uma fresta em um meio corrosivo" com diferentes concentra!es i9nicas" onde a corrosão ocorreria? %or que?
9 uma pil=a formada por material metálico de mesma naturea, em contato com soluç"es de diferentes concentraç"es. O ânodo da pil=a será aquele imerso na solução mais diluída e o cátodo, aquele que estiver imerso na solução mais concentrada. 9 comum ocorrer esta pil=a quando se tem superfícies metálicas superpostas e em contato, =avendo, entre elas, pequenas frestas por onde o eletr4lito possa penetrar. & fresta deve ser suficientemente estreita para manter o meio corrosivo estagnado e suficientemente aberta para permitir que o meio corrosivo penetre nela. Kupondo1se superfícies metálicas, 6, superpostas e com frestas, pode1se admitir que no eletr4lito em repouso, mesmo que =aIa igualdade de concentração entre as soluç"es de eletr4lito nas partes mais internas e mais e5ternas da fresta, ocorra um processo de dissolução do metal com a conseq7ente formação de íons metálicos 6nG . ode1se então, estabelecer um gradiente de concentração devido ao processo de difusão dos íons ser lento, e a solução do eletr4lito passa a ser mais concentrada em íons 6nG no interior da fresta do que na parte mais e5terna, pois nesta parte =á fácil acesso do eletr4lito e os íons metálicos aí formados poderão ser arrastados, desde que o eletr4lito se movimente. & diferença de concentração ocasionará, então, uma diferença de potencial e a formação de uma pil=a de concentração iBnica com a corrosão na parte e5terna da fresta, pois esta funciona como ânodo da pil=a formada. 22. Que tipo de corrosão ocorre em tu#ula!es parcialmente enterradas?
%orrosão por aeração diferencial. &s regi"es mais atacadas são aquelas que ficam pouco abai5o do solo. 23. B que ) corrosão &rafítica?
9 o processo corrosivo que ocorre nos ferros fundidos cinentos e no ferro nodular. O grafite ! um material mais cat4dico que o ferro. Kendo assim, os veios ou n4dulos do grafite do ferro fundido agem como área cat4dica e o ferro como área an4dica corrosão<. Eerro fundido U liga de ferro1 carbono com teores de carbono acima de ),*Q-. Eerro fundido cinento U ferro fundido com grafite lamelar formada durante a solidificação. Eerro fundido d#til ou nodular U ferro fundido com grafite esf!rica na microestrutura.
24. B que ) de$incifica!ão?
9 o processo corrosivo que ! observado na ligas de inco, especialmente lat"es. Cá a destruição do inco material an4dico<, restando o cobre e os produtos da corrosão. 2*. B que ) corrosão inter&ranular?
9 a corrosão que se processa entre os grãos da rede cristalina do material metálico, que perde suas propriedades mecânicas e pode fraturar quando solicitado por esforços mecânicos. Os grãos vão sendo destacados 3 medida que a corrosão se propaga.
2/. %or que apenas a erosão não ) considerada corrosão?
& erosão remove mecanicamente partículas do material. Lem1se um processo eminentemente físico, e não químico ou eletroquímico, que seriam necessários para caracteriar a corrosão. & erosão acelera um processo corrosivo, pois a película produida pela corrosão ! removida pela erosão e5pondo a superfície a novo desgaste corrosivo. 20. eplique como pode ocorrer corrosão por pite em estruturas su#mersas.
& presença de cloretos %l 1<, por e5emplo, na água do mar, significativamente agrava as condiç"es para a formação e crescimento dos pites atrav!s de um processo autocatalítico. Os pites carregam1se com íons metálicos positivos atrav!s da dissociação an4dica. Os íons %l 1 se concentrando nas cavidades neutraliam a carga e incentivam a reação de íons metálicos positivos com água para formar um produto de corrosão na forma de =idr45ido e íons CG. &ssim, os pites tornam1se fracamente ácidos, o que acelera o processo. &l!m de cloretos, outros ânions implicados em corrosão por pites incluem os tiossulfatos K )O)1<, os =alogenetos, como os brometos 0r1<, os iodetos /1< e os fluoretos E1<. &s condiç"es da água estagnada favorecem a corrosão por pites. 2. Dentre as re&ies mostradas a#aio" eplique as mais críticas em rela!ão a a!ão corrosiva para estruturas de a!o 'á&ua do mar( +Eona su#mersa +Eona de respin&os +
a zona de respingo, a corroção ! mais acentuada. essa região diversos fatores acelerados podem agir simultaneamente: frequente umedecimeto da superficei metálica, ma5ima difusão de o5igenio atraves de finas peliculas de umidade e ação mecanica das ondas. +struturas marin=as, como estacas de píeres, sofrem corrosão mais acentuada na faixa de variação de mars e de respingos. ode1se Iustificar tal fato admitindo1se que al!m, por e5emplo, da acção mecânica da água do mar associada com ondas, =aIa a formação de pil=as de aeração diferencial, cuIas áreas an4dicas vão1se deslocando conforme a mar! vai subindo ou descendo.
25. Cite os par,metros mais críticos em rela!ão corrosividade dos solos. ustifique.
ropriedades locais, tais como: resistividade, umidade, acide ou alcalinidade, permeabilidade, presença de sais sol#veis e microorganismos, ditam a agressividade específica. +stes fatores atuam em conIunto e a corrosividade dos solos não deve ser avaliada com base em proprie dades isoladas. O estudo das
características físico1químicas e eletroquímicas de solos ! de grande importância e pode dar informaç"es relevantes sobre a agressividade do solo. 38. Quais meio corrosivo ) mais crítico para os a!os" para o $inco e para o co#re?
