Exercícios Exercíc ios e gabarito – Corrosão 1) Qual a diferença existente entre corrosão química e corrosão eletroquímica ? Resposta : Na corrosão química, há interação direta entre o metal e o meio corrosivo, ausência de água líquida e temperaturas, em geral elevadas; já na corrosão eletroquímica, há formação de uma pilha, com circulação de elétrons na superfície metálica, necessariamente presença de água no estado líquido, e a grande maioria ocorre na temperatura ambiente. 2) Por que erosão (apenas) não é considerada corrosão ? Por que a erosão acelera um processo processo corrosivo ? Resposta: A erosão remove mecanicamente partículas do material. Tem-se um processo eminentemente físico, e não químico ou eletroquímico, que seriam necessários para caracterizar a corrosão. A erosão erosão acelera um processo corrosivo, pois a película película produzida pela corrosão é removida pela erosão expondo a superfície a novo desgaste corrosivo. 3) O que que é corrosão intergranular ? Resposta: É 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 à medida que a corrosão se propaga. 4) Em uma fábrica foi feita uma tubulação de ferro contendo juntas (ligação entre tubos de ferro) feitas de cobre. Nessa tubulação passa uma solução aquosa. Esta empresa está sofrendo de problemas de corrosão na tubulação. Imagine que você foi chamado para resolver o problema. Faça então um relatório para o dono da empresa explicando porque está ocorrendo corrosão, quais as partes da tubulação mais afetadas e uma solução para o problema. Resposta: •
Sistema
Tubulação de água •
Material
Tubos: ferro - carbono Juntas: cobre •
Observações
Intenso processo corrosivo na região próxima às juntas •
Causa
Corrosão galvânica, provocada pelo contato de dois metais diferentes (cobre e ferro), que causa a corrosão do metal de maior potencial de oxidação : ferro (ânodo) •
Solução
Limpeza das áreas com corrosão, substituição do material corroído. Substituição das juntas de cobre, por material anódico ao aço-carbono, como alumínio ou zinco. 5) Qual é a diferença entre proteção anódica anódica ou proteção catódica contra a corrosão? corrosão? Explique a operação de cada processo. Resposta: Proteção catódica: É uma forma de proteger o metal da corrosão, forçando-o a ser o cátodo, não o ânodo, de uma pilha eletroquímica. Usualmente se acopla o metal a outro, que possui um maior potencial de oxidação, isto é, oxida-se mais facilmente. O melhor exemplo é a galvanização, onde o ferro é revestido por zinco. Esta película de zinco se oxida antes do ferro - ela é chamada de ânodo de sacrifício. Poderia ser acoplada através de um fio condutor, como é o caso das barras de magnésio ligadas aos emissários submarinos. Proteção anódica: É uma forma de inibir a reação anódica (oxidação do ferro). O procedimento mais comum é revestir a superfície do metal por uma camada de tinta ou de óxido protetor. O método atual consiste em oxidar a superfície do ferro f erro com um sal de cromo (IV) para formar o ferro (III) e cromo(III). Estes
óxidos são impermeáveis a água e ao oxigênio, e a oxidação do ferro (reação anódica) torna-se impossível. 6) Depois de construir um esquema que represente o processo de corrosão do sistema aço carbono / ácido sulfúrico aerado, responda as questões seguintes a) Mostre no seu esquema a movimentação de cargas da pilha. b) Quais as reações da pilha?
Resposta:
ESQUEMA REPRESENTATIVO DA PILHA FORMADA (Fe/H2SO4 aq. + H2O)
A.C. REAÇÕES DA PILHA 1. REAÇÃO ANÓDICA Fe → Fe+2 + 2e
H2 e
C
2. REAÇÃO CATÓDICA 2H+ + ½ O2 + 2e → H2O
A Fe
H+ O2
+2
H2SO4 + H2O 7) Depois de construir um esquema que represente o processo de corrosão interna da chaparia em alumínio de um tanque de armazenamento de sulfato de cobre, responda as questões a seguir: a) Quais as reações do processo corrosivo? b) Mostre no seu esquema, a movimentação de cargas da pilha. Resposta:
ESQUEMA REPRESENTATIVO DA PILHA (Al/CuSO4 aq. )
Al REAÇÕES DA PILHA METAL DEPOSITADO
1. REAÇÃO ANÓDICA Al → Al+3 + 3e
e Cu
2. REAÇÃO CATÓDICA Cu+2 + 2e → Cu ↓
Cu+2 CuSO4 + H2O
Al+3
8) Tem-se uma placa de aço galvanizada (recoberta com zinco). Por que o ferro não será corroído, mesmo que a sua superfície não esteja completamente revestida ? Resposta: A camada de zinco atua como um ânodo e protege o ferro subjacente, mesmo que a superfície não esteja completamente revestida, porque o ferro exposto é o cátodo e, consequentemente, não é corroído. A corrosão ocorre na superfície de zinco. Enquanto houver zinco, o ferro exposto estará protegido. 9) Tem-se uma chapa de ferro ou aço revestido de estanho. Porque o estanho fornece proteção somente se a superfície do metal estiver completamente revestida ? Resposta: Caso a cobertura da superfície for perfurada, a camada de estanho torna-se o cátodo em relação ao ferro, que assim passa a atuar como ânodo. O par galvânico resultante produz corrosão no ferro. Com uma pequena área anódica deve fornecer elétrons para uma grande superfície catódica, pode resultar uma corrosão localizada muito rápida. 10) Por que um acúmulo de ferrugem ou crostas de óxidos provoca uma corrosão por pite numa placa de ferro ou de outro metal? Dê as reações catódica e anódica do processo de corrosão numa placa de ferro. Resposta: O acúmulo de ferrugem ou crostas de óxidos restringe o acesso de oxigênio e estabelece um ânodo. Este promove um acúmulo maior ainda. O resultado é um orifício localizado (pite) devido a uma corrosão não uniforme e a vida útil do produto fica reduzida numa escala maior que aquela que seria indicada exclusivamente pela perda de peso. 11) O que é passivação ? Porque metais passivados são sujeitos à corrosão quando riscados ? Resposta: Alguns metais e ligas tendem a tornar-se passivos devido à formação de uma película fina e aderente de óxido ou outro composto insolúvel nas suas superfícies. A passivação faz com que esses materiais funcionem como áreas catódicas. A destruição da passividade através de um risco na camada do óxido, expõe a superfície metálica ativa, que funciona como ânodo. Temos então uma pequena área anódica circundada por grande área anódica, dando origem à c orrosão. 12) Explique como funciona uma pilha de concentração iônica diferencial. Imagine uma fresta num meio corrosivo, com diferentes concentrações iônicas, onde a corrosão ocorreria ? Por que ? Resposta: É uma pilha formada por material metálico de mesma natureza, em contato com soluções de diferentes concentrações. O ânodo da pilha será aquele imerso na solução mais diluída e o cátodo, aquele que estiver imerso na solução mais concentrada. É comum ocorrer esta pilha quando se tem superfícies metálicas superpostas e em contato, havendo, entre elas, pequenas frestas por onde o eletrólito possa penetrar. A fresta deve ser suficientemente estreita para manter o meio corrosivo estagnado e suficientemente aberta para permitir que o meio corrosivo penetre nela. Supondo-se superfícies metálicas, M, superpostas e com frestas, pode-se admitir que no eletrólito em repouso, mesmo que haja igualdade de concentração entre as soluções de eletrólito nas partes mais internas e mais externas da fresta, ocorra um processo de dissolução do metal com a conseqüente formação de íons metálicos M n+. Pode-se então, estabelecer um gradiente de concentração devido ao processo de difusão dos íons ser lento, e a solução do eletrólito passa a ser mais concentrada em íons M n+ no interior da fresta do que na parte mais externa, pois nesta parte há fácil acesso do eletrólito e os íons metálicos aí formados poderão ser arrastados, desde que o eletrólito se movimente. A diferença de concentração ocasionará, então, uma diferença de potencial e a formação de uma pilha de concentração iônica com a corrosão na parte externa da fresta, pois esta funciona como ânodo da pilha formada. 13) Tem-se tanques de aço carbono ou de aço galvanizado. Por que deve-se evitar que um fluido circule por uma tubulação de cobre que alimenta o tanque , mesmo que entre o tubo de aço e o tubo de cobre exista uma flange isolante ? Que sugestão você daria para resolver o problema ? Resposta: A corrosão galvânica é ocasionada pela presença de cobre ou compostos originados pela ação corrosiva ou erosiva da água sobre a tubulação de cobre que alimenta o tanque. Deve-se evitar, que um fluido circule por um material catódico antes de circular por um que lhe seja anódico. Se o fluido ocasionar ação mecânica e/ou ação corrosiva no tubo de cobre, arrastará partículas e/o íons, Cu2+, desse metal, para o tubo de aço tendo-se então:
Corrosão galvânica do tubo de aço devida a possível deposição das partículas de cobre; No caso de arraste de íons Cu2+, tem-se a corrosão do aço devida à reação: Fe + Cu 2+ → Fe2+ + Cu e posterior formação do par galvânico aço-cobre dando continuidade ao processo corrosivo, podendo ocorrer perfurações no tubo de aço. Quando não for possível a inversão de sentido do fluido pode-se usar um trecho de tubo de aço, intercalado entre o tubo de cobre que transporta o fluido e o equipamento de aço-carbono , ou de outro material metálico anódico em relação a cobre. Como o tubo de aço é flangeado, pode ser facilmente substituído, quando necessário, e deve apresentar diâmetro maior do que o do cobre para que haja redução de velocidade , possibilitando a deposição de partículas de cobre arrastadas pelo fluido. 14) Que tipo de corrosão ocorre em tubulações parcialmente enterradas ? Resposta: Corrosão por aeração diferencial. As regiões mais atacadas são aquelas que ficam pouco abaixo do solo. 15) O que é corrosão grafítica ? Resposta: É o processo corrosivo que ocorre nos ferros fundidos cinzentos e no ferro nodular. O grafite é um material mais catódico que o ferro. Sendo assim, os veios ou nódulos do grafite do ferro fundido agem como área catódica e o ferro como área anódica (corrosão). Ferro fundido = liga de ferro-carbono com teores de carbono acima de 2,06%. Ferro fundido cinzento = ferro fundido com grafite lamelar formada durante a solidificação. Ferro fundido dútil ou nodular = ferro fundido com grafite esférica na microestrutura. 16) O que é dezincificação ? Resposta: É o processo corrosivo que é observado na ligas de zinco, especialmente latões. Há a destruição do zinco (material anódico), restando o cobre e os produtos da corrosão.
