No__es de Corros_o e Incrusta__o (1)

Noções de CoRRosÃo e INCRUsTAçÃo  Autor: Angélica Dias Dias Salvador  Co-Autores: Álvaro Antônio Terra Martins da Silva Edson Góis de Medeiros

Noções de CoRRosÃo e INCRUsTAçÃo

Noções de CoRRosÃo e INCRUsTAçÃo  Autor: Angélica Dias Salvador  Co-Autores: Álvaro Antônio Terra Martins da Silva Edson Góis de Medeiros Ao nal desse estudo, o treinando poderá: • Reconhecer os conceitos básicos associados à corrosão e à incrustação e suas conseqüências para a indústria do petróleo; • Compreender a aplicabilidade dos conceitos básicos no que diz respeito à prevenção, manutenção e recuperação de equipamentos frente aos processos de corrosão e incrustação.

Prgrama Alta Cmptência

Este material é o resultado do trabalho conjunto de muitos técnicos da área de Exploração & Produção da Petrobras. Ele se estende para além dessas páginas, uma vez que traduz, de forma estruturada, a experiência de anos de dedicação e aprendizado no exercício das atividades prossionais na Companhia. É com tal experiência, reetida nas competências do seu corpo de empregados, que a Petrobras conta para enfrentar os crescentes desaos com os quais ela se depara no Brasil e no mundo. Nesse contexto, o E&P criou o Programa Alta Competência, visando prover os meios para adequar quantitativa e qualitativamente a força de trabalho às estratégias do negócio E&P. Realizado em diferentes fases, o Alta Competência tem como premissa a participação ativa dos técnicos na estruturação e detalhamento das competências necessárias para explorar e produzir energia. O objetivo deste material é contribuir para a disseminação das competências, de modo a facilitar a formação de novos empregados e a reciclagem de antigos. Trabalhar com o bem mais precioso que temos – as pessoas – é algo que exige sabedoria e dedicação. Este material é um suporte para esse rico processo, que se concretiza no envolvimento de todos os que têm contribuído para tornar a Petrobras a empresa mundial de sucesso que ela é. Programa Alta Competência

Cm utilizar ta aptila

Esta seção tem o objetivo de apresentar como esta apostila está organizada e assim facilitar seu uso. No início deste material é apresentado o objetivo geral, o qual representa as metas de aprendizagem a serem atingidas.

ATeRRAMeNTo de seGURANçA

 Autor 

Ao nal desse estudo, o treinando poderá: • Identicar procedimentos adequados ao aterramento e à manutenção da segurança nas instalações elétricas; • Reconhecer os riscos de acidentes relacionados ao aterramento de segurança; • Relacionar os principais tipos de sistemas de aterramento de segurança e sua aplicabilidade nas instalações elétricas.

Objetivo Geral

O material está dividido em capítulos. No início de cada capítulo são apresentados os objetivos especícos de aprendizagem, que devem ser utilizados como orientadores ao longo do estudo.

   1   o    l   u    t    í   p   a    C

Riscos elétricos e o aterramento de segurança

Ao fnal desse capítulo, o treinando poderá:

Objetivo Especíco

• Estabelecer a relação entre aterramento de segurança e riscos elétricos; • Reconhecer os tipos de riscos elétricos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas elétricos; • Relacionar os principais tipos de sistemas de aterramento de segurança e sua aplicabilidade nas instalações elétricas.

No nal de cada capítulo encontram-se os exercícios, que visam avaliar o alcance dos objetivos de aprendizagem. Os gabaritos dos exercícios estão nas últimas páginas do capítulo em questão.

Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança

Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança

1.4. exrcícios

1.7. Gabarito

1) Que relação podemos estabelecer entre riscos elétricos e aterramento de segurança?

1) Que relação podemos estabelecer entre riscos elétricos e aterramento de segurança?

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________ 2) Apresentamos, a seguir, trechos de Normas Técnicas que abordam os cuidados e critérios relacionados a riscos elétricos. Correlacione-os aos tipos de riscos, marcando A ou B, conforme, o caso:

O aterramento de segurança é uma das ormas de minimizar os riscos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas elétricos. 2) Apresentamos, a seguir, trechos de Normas Técnicas que abordam os cuidados e critérios relacionados a riscos elétricos. Correlacione-os aos tipos de riscos, marcando A ou B, conforme, o caso: A) Risco de incêndio e explosão (B)

B) Risco de contato

“Todas as partes das instalações elétricas devem ser projetadas e executadas de modo que seja possível prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico e todos os outros tipos de acidentes.”

Para a clara compreensão dos termos técnicos, as suas

Para a clara compreensão dos termos técnicos, as suas denições estão disponíveis no glossário. Ao longo dos textos do capítulo, esses termos podem ser facilmente identicados, pois estão em destaque. Nesse processo, o operador tem importante papel, pois, ao interagir diariamente com os equipamentos elétricos, pode detectar imediatamente alguns tipos de anormalidades, antecipando problemas e, principalmente, diminuindo os riscos de choque elétrico por contato indireto e de incêndio e explosão.

3.1. Problemas operacionais Os principais problemas operacionais vericados em qualquer tipo de aterramento são: • Falta de continuidade; e • Elevada resistência elétrica de contato. É importante lembrar que Norma Petrobras N-2222 dene o valor de 1Ohm, medido com multímetro DC (ohmímetro), como o máximo admissível para resistência de contato.

Alta Competência

3.4. Glossário Choque elétrico – conjunto de perturbações de natureza e efeitos diversos, que se manifesta no organismo humano ou animal, quando este é percorrido por uma corrente elétrica. Ohm – unidade de medida padronizada pelo SI para medir a resistência elétrica. Ohmímetro – instrumento que mede a resistência elétrica em Ohm.

49

Caso sinta necessidade de saber de onde foram retirados os insumos para o desenvolvimento do conteúdo desta apostila, ou tenha interesse em se aprofundar em determinados temas, basta consultar a Bibliograa ao nal de cada capítulo.

Alta Competência

1.6. Bibliografa CARDOSO ALVES, Paulo Alberto e VIANA, Ronaldo Sá. Aterramento de sistemas elétricos - inspeção e medição da resistência de aterramento. UN-BC/ST/EMI – Elétrica, 2007. COELHO FILHO, Roberto Ferreira.Riscos em instalações e serviços com eletricidade. Curso técnico de segurança do trabalho, 2005. Norma Petrobras N-2222. Projeto de aterramento de segurança em unidades marítimas. Comissão de Normas Técnicas - CONTEC, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5410.Instalações elétricas de baixa tensão. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5419. Proteção de estruturas contra descargas atmoséricas. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005.

Ao longo de todo o material, caixas de destaque estão presentes. Cada uma delas tem objetivos distintos. A caixa “Você Sabia” traz curiosidades a respeito do conteúdo abordado de um determinado item do capítulo.

É atribuído a Tales de Mileto (624 - 556 a.C.) a primeira observação de um fenômeno relacionado com a eletricidade estática. Ele teria esfregado um fragmento de âmbar com um tecido seco e obtido um comportamento inusitado – o âmbar era capaz de atrair pequenos pedaços de palha. O âmbar é o nome dado à resina produzida por pinheiros que protege a árvore de agressões externas. Após sofrer um processo semelhante à fossilização, ela se torna um material duro e resistente.

“Importante” é um lembrete das questões essenciais do conteúdo tratado no capítulo.

ImpOrTANTE!

É muito importante que você conheça os tipos de pig de limpeza e de pig instrumentado mais utilizados na sua Unidade. Informe-se junto a ela!

Já a caixa de destaque “Resumindo” é uma versão compacta dos principais pontos abordados no capítulo. rESUmINDO...

Recomendações gerais • Antes do carregamento do  pig , inspecione o interior do lançador; • Após a retirada de um pig, inspecione internamente o recebedor de pigs; • Lançadores e recebedores deverão ter suas

Em “Atenção” estão destacadas as informações que não devem ser esquecidas.

ATENÇÃO É muito importante que você conheça os procedimentos específicos para passagem de  pig em poços na sua Unidade. Informe-se e saiba quais são eles.

Todos os recursos didáticos presentes nesta apostila têm como objetivo facilitar o aprendizado de seu conteúdo. Aproveite este material para o seu desenvolvimento prossional!

sumri Introdução

15

Capítulo 1 - Processos corrosivos Objetivos 1. Processos corrosivos 1.1. Conceito de corrosão 1.2. Classicação dos processos corrosivos 1.3. Meios corrosivos 1.4. Exercícios 1.5. Glossário 1.6. Bibliograa 1.7. Gabarito

17

19 19 20 22 25 27 28 29

Capítulo 2 - Medição do potencial eletroquímico Objetivos 2. Medição do potencial eletroquímico 2.1. Potencial de eletrodo 2.2. Eletrodos de referência 2.3. Potenciais de eletrodo irreversíveis (potencial de corrosão) 2.4. Exercícios 2.5. Glossário 2.6. Bibliograa 2.7. Gabarito

31

33 42 43 47 49 50 51 52

Capítulo 3 - Proteção Objetivos 3. Proteção 3.1. Proteção passiva ou anódica 3.2. Proteção catódica galvânica 3.3. Proteção catódica por corrente impressa 3.3.1. Operação 3.3.2. Manutenção 3.3.3. Monitoração 3.3.4. Problemas decorrentes da superproteção

3.4. Exercícios 3.5. Glossário 3.6. Bibliograa 3.7. Gabarito

53 55 56 58 60 63 66 67 71

73 75 77 78

Capítulo 4 - Pintura industrial Objetivos 4. Pintura industrial 4.1. Tratamento manual 4.2. Tratamento mecânico 4.3. Tratamento com jato abrasivo 4.4. Hidrojateamento com alta e ultra-alta pressão 4.4.1. Graus de oxidação instantânea ou fash rust 

4.5. Equipamentos de preparação de superfície 4.5.1. Equipamentos de preparação de superfície por jateamento abrasivo

4.6. Seleção dos esquemas de pintura 4.7. Fatores que orientam a seleção 4.8. Esquemas para imersão 4.8.1. Imersão em água salgada 4.8.2. Imersão em água doce não-potável 4.8.3. Imersão em derivados de petróleo e produtos químicos

4.9. Esquemas para superfícies quentes 4.9.1. Superfícies quentes na faixa de 80 a 120°C 4.9.2. Superfícies quentes de 120 a 500°C 4.9.3. Superfícies quentes acima de 500°C 4.9.4. Tinta tolerante a superfícies molhadas (Norma Petrobras N-2680)

4.10. Procedimentos de esquemas de pintura 4.10.1. Esquemas para atmosferas altamente agressivas 4.10.2. Esquemas para atmosferas medianamente agressivas 4.10.3. Esquemas para atmosferas pouco agressivas 4.10.4. Esquemas para superfícies galvanizadas 4.10.5. Esquemas especícos

4.11. Exercícios 4.12. Glossário 4.13. Bibliograa 4.14. Gabarito

81 83 83 84 84 86 88

90 91

93 94 95 95 96 96

96 97 97 98 98

99 99 100 100 101 101

103 105 108 109

Capítulo 5 - Processos incrustantes Objetivos 5. Processos incrustantes 5.1. Mecanismos de incrustação 5.2. Prevenção e controle dos processos incrustantes 5.3. Exercícios 5.4. Glossário 5.5. Bibliograa 5.6. Gabarito

111 113 113 117 119 121 122 123

Intruã

A

o longo dos anos as indústrias contabilizaram grandes perdas decorrentes de processos corrosivos e incrustantes. Esses problemas são freqüentes e ocorrem nas mais variadas atividades, como por exemplo, na indústria petrolífera. As perdas econômicas que atingem as diversas indústrias podem afetar direta ou indiretamente os custos de produção de uma unidade. De forma direta, quando se faz necessária a substituição ou reparo de um equipamento ou trecho de tubulação, implicando também em paradas operacionais não programadas. Já as perdas indiretas são mais difíceis de avaliar, no entanto, os custos são mais elevados e nem sempre podem ser quanticados. Em alguns setores, embora os mecanismos de corrosão e incrustação não sejam muito representativos em termos de custos diretos, devese levar em consideração o que eles podem representar em questões, principalmente, de segurança. A corrosão localizada, por exemplo, pode resultar em fraturas e rompimentos de tubulações, provocando sérias conseqüências. Um outro fato a ser considerado na indústria do petróleo, com bastante relevância para o estudo do conhecimento de corrosão, é a larga utilização de materiais que apresentam um baixo custo e facilidade de fabricação. A extensa utilização de aço-carbono como material empregado na construção de linhas de transporte de petróleo é um compromisso de escolha, pois o aço oferece uma combinação de alta resistência, baixo custo e facilidade de fabricação. Este material é, contudo, susceptível à corrosão e a forma mais comum de ataque é a do tipo localizado, onde a taxa de corrosão é mais acentuada em algumas regiões, devido às diferenças de potencial entre diferentes pontos de uma mesma superfície metálica.

15

Alta Competência

O conhecimento dos processos incrustantes não é menos importante, visto que o acúmulo das incrustações, quando não controladas ou eliminadas por completo, acarretará em forma de corrosão constante e progressiva, formando uma camada espessa bastante dura e de difícil remoção. Tal camada, além de contribuir para a redução da eciência térmica, aumenta a probabilidade de corrosão sob depósito. Por m, é importante ressaltar que tanto a incrustação quanto a corrosão diminuem a eciência dos equipamentos, causando excessivo consumo de energia em determinados sistemas, criando grandes possibilidades de falhas que podem ser catastrócas.

16

Desta forma, no estudo deste conhecimento, abordaremos os fundamentos básicos teóricos que possibilitarão a compreensão de forma simples e objetiva dos mecanismos atuantes, dos processos de corrosão e incrustação, bem como a aplicação dos métodos que possibilitem minimizar os seus efeitos, além da importância econômica e da segurança operacional.

   1   o PReáCIo    l   u    t    í   p   a    C

Processos corrosivos

Ao nal desse capítulo, o treinando poderá: • Identicar os mecanismos básicos de corrosão; • Distinguir os principais métodos de monitoramento da corrosão.

Alta Competência

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Capítulo 1. Processos corrosivos

1. Processos corrosivos

E

m nossa vida cotidiana, sobretudo para os que vivem próximo ao mar, percebe-se a luta contra a ação corrosiva que atinge principalmente as partes metálicas de geladeiras, esquadrias e automóveis. Se nossa luta doméstica contra esse tipo de corrosão – a ferrugem em superfícies metálicas – já requer cuidados especiais, não é difícil imaginar a importância de conhecer melhor os processos corrosivos e os mecanismos de prevenção e recuperação na indústria, em especial na de petróleo, na qual dutos e equipamentos estão expostos a condições ambientais e substâncias que favorecem a corrosão. Sendo assim, o primeiro passo é compreender melhor o que vem a ser corrosão. Veja na ilustração a seguir um exemplo de processo corrosivo: F   o n  t    e  :  P   e   t   r   o  b  r   a   s 

Tubo de permutador de calor em processo corrosivo severo

1.1. Conceito de corrosão Corrosão, palavra derivada do termo em latim corrodere, foi traduzida para o inglês como corrosion e depois trazida para a língua portuguesa como corrosão . Nos dias atuais, transformou-se em sinônimo genérico de destruição.

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Alta Competência

A corrosão é, resumidamente, a deterioração de materiais que ocorre a partir da ação química ou eletroquímica do meio. A ação do meio corrosivo é um fator determinante na escolha de materiais para a construção de equipamentos e instalações. Engana-se quem pensa que a corrosão atinge apenas materiais metálicos como aços e as ligas de cobre. Ela atinge, também, materiais não metálicos como plásticos, cerâmica ou concreto. Por esse motivo é imprescindível que, no emprego de equipamentos que possuam componentes à base desses materiais, sejam considerados os efeitos corrosivos que possam sofrer ao longo do tempo e de sua utilização.

1.2. Classicação dos processos corrosivos

20

Dependendo do tipo de ação do meio corrosivo sobre os materiais metálicos, os processos corrosivos podem ser classificados em dois grandes grupos, abrangendo todos os casos de deterioração por corrosão: • Corrosão eletroquímica; • Corrosão química. Mais comuns na natureza, os processos de corrosão eletroquímica apresentam as seguintes características: • Progridem essencialmente na presença de água no estado líquido; • Acontecem em temperaturas inferiores ao ponto de orvalho da água, sendo a grande maioria na temperatura ambiente; • Abrangem a formação de uma pilha ou célula de corrosão, com a circulação de elétrons na superfície metálica.

Capítulo 1. Processos corrosivos

Por causa da necessidade de o eletrólito possuir água líquida, a corrosão eletroquímica é denominada, também, corrosão em meio aquoso. Nos processos de corrosão, os metais reagem com os elementos não metálicos presentes no meio, O2, S, H2S, CO2, entre outros, produzindo compostos semelhantes aos encontrados na natureza, dos quais foram extraídos. Assim sendo, nestes casos, conclui-se que a corrosão equivale ao inverso dos processos metalúrgicos, como pode ser visto na ilustração a seguir: METAL

E2

ENERGIA    A    I    G    R    E    N    E

E1

   A    I    G    R    U    L    A    T    E    M

C   O  R   R   O  S   à   O

ENERGIA

COMPOSTO (MINÉRIO)

Ciclo dos metais

Os processos de corrosão química são, por vezes, chamados de corrosão ou oxidação em altas temperaturas. Estes processos ocorrem com menor freqüência na natureza envolvendo operações nas quais as temperaturas são elevadas. As características básicas desses processos corrosivos são: • Falta da água líquida; • Temperaturas, em geral, altas, continuamente acima do ponto de orvalho da água; • Interação direta entre o meio corrosivo e o metal. Assim, a corrosão química não precisa de água no estado líquido, sendo denominada corrosão em meio não aquoso ou corrosão seca.

21

Alta Competência

ATENÇÃO Vale perguntar, então: todo processo de deterioração de materiais constitui um processo de corrosão?

Existem processos de deterioração de materiais que ocorrem durante a sua vida em serviço, que não se enquadram na denição de corrosão. Um deles é o desgaste devido à erosão, que remove mecanicamente partículas do material. Embora esta perda de material seja gradual e decorrente da ação do meio, tem-se um processo eminentemente físico e não químico ou eletroquímico. Pode-se, entretanto, ocorrer, em certos casos, ação simultânea da corrosão, constituindo o fenômeno da corrosão-erosão.

22 Há um outro tipo de alteração no material que ocorre em serviço: são as transformações metalúrgicas que podem acontecer em alguns materiais, particularmente em serviço com temperaturas elevadas. As propriedades mecânicas acabam sofrendo grandes variações devido às transformações metalúrgicas como, por exemplo, uma excessiva fragilidade na temperatura ambiente. As transformações metalúrgicas podem trazer consigo uma grande suscetibilidade do material a um tipo de corrosão conhecida como corrosão intergranular. Outro fenômeno que pode atacar um material é o conhecido como fuência que produz uma deformação plástica nesse material evoluindo ao longo do tempo. E o que produz essa deformação? A tensão atuante no material e a temperatura.

1.3. Meios corrosivos A corrosão é o ponto fraco de todos os metais. Não há um único metal que não esteja sujeito à corrosão. Basta haver meio corrosivo suciente para isso. Veja alguns exemplos de formas diferentes com que metais distintos reagem:

Capítulo 1. Processos corrosivos

• O aço inoxidável na presença de íon cloreto sofre corrosão localizada; • O ouro não é resistente à mistura de ácido clorídrico e ácido nítrico; • O titânio sofre corrosão quando exposto a ácido uorídrico.

?

VOCÊ SABIA?

O eletrólito é uma solução eletricamente condutora constituída de água contendo sais, ácidos ou bases. O surgimento do eletrólito só é possibilitado pelos meios corrosivos em corrosão eletroquímica. Principais meios corrosivos e respectivos eletrólitos

Meio corrosivo

Eletrólito

Atmosera

Presença de umidade, sais em suspensão, gases industriais, poeira etc. O eletrólito compõe-se da água que condensa na superfície metálica, na presença de sais ou gases existentes no ambiente.

Solos

Presença de umidade, sais minerais e bactérias. Há solos que apresentam, também, características ácidas ou básicas. O eletrólito compõe-se, principal mente, da água com sais dissolvidos.

Águas naturais (rios, lagos e do subsolo)

Presença de sais minerais, ácidos ou bases, resíduos industriais, bactérias, poluentes diversos e gases dissolvidos. O eletrólito compõe-se da água com sais dissolvidos.

Água do mar

Presença de quantidade apreciável de sais. Devido à existência acentuada de sais, a água do mar é um eletrólito poderoso. Outros constituintes como gases dissolvidos também podem acelerar os processos corrosivos.

Produtos químicos

Os produtos químicos, sempre que em contato com água ou com umidade, podem provocar corrosão eletroquímica.

23

Alta Competência

ATENÇÃO A análise da água do mar , em média, apresenta os seguintes constituintes em gramas por litro (g/l) de água: Cloreto (Cl-)

18,9799

Sulato (SO -)

2,6486

Bicarbonato (HCO) Brometo (Br-)

0,1397

Fluoreto (F-)

0,0013

0,0646

Ácido Bórico (H3BO3) 0,0260

24

Sódio (Na+)

10,5561

Magnésio (Mg2+)

1,2720

Cálcio (Ca2+)

0,4001

Potássio (K+)

0,3800

Estrôncio (Sr 2+)

0,0133

Capítulo 1. Processos corrosivos

1.4. exrcíci 1) Dependendo do tipo de ação do meio corrosivo sobre os materiais metálicos, os processos corrosivos podem ser eletroquímicos e químicos. Relacione os processos corrosivos com a caracterização de ocorrência de cada um. ( A ) Processo de ( ) Necessariamente na presença de corrosão água no estado líquido. eletroquímica ( ) Preferencialmente na temperatura ambiente. ( B ) Processo de ( ) Interação direta entre o metal e o corrosão meio corrosivo. química ( ) Temperaturas, em geral, elevadas. ( ) Formação de uma pilha ou célula de corrosão, com a circulação de elétrons na superfície metálica. 2) Os meios corrosivos em corrosão eletroquímica são responsáveis pelo aparecimento do eletrólito. Explique o que é um eletrólito e cite 3 meios corrosivos. _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________

25

Alta Competência

3) Complete a segunda coluna de acordo com o meio corrosivo da primeira. ( A ) Atmosfera ( ) Presença de quantidade apreciável de sais. Devido à existência acentuada de sais, a água do mar é um eletrólito poderoso. Outros constituintes como gases dissolvidos também podem acelerar os processos corrosivos.

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( B ) Solos

( ) Presença de sais minerais, ácidos ou bases, resíduos industriais, bactérias, poluentes diversos e gases dissolvidos. O eletrólito compõe-se da água com sais dissolvidos.

( C ) Águas naturais

( ) Presença de umidade, sais em suspensão, gases industriais, poeira etc. O eletrólito compõe-se da água que condensa na superfície metálica, na presença de sais ou gases existentes no ambiente.

( D ) Água do mar

( ) Os produtos químicos, sempre que em contato com água ou com umidade, podem provocar corrosão eletroquímica.

( E ) Produtos químicos

( ) Presença de umidade, sais minerais e bactérias. Há solos que apresentam, também, características ácidas ou básicas. O eletrólito compõe-se, principalmente, da água com sais dissolvidos.

Capítulo 1. Processos corrosivos

1.5. Glri Eletrólito - solução eletricamente condutora constituída de água contendo sais, ácidos ou bases. Oxidação - perda de elétrons ou o aumento do número de oxidação de um elemento. Pilha ou célula de corrosão - tipo de gerador elétrico resultante de reações químicas.

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Alta Competência

1.6. Bibligrafa ANDRADE, Cynthia de Azevedo. Corrosão em Águas – Petrobras, Rio de Janeiro, 2006. FREITAS, Nair e SALVADOR Angélica. Manutenção das Facilidades de Produção e Dutos através de Boas Práticas de Operação – Petrobras, Rio de Janeiro, 2006. GENTIL, Vicente. Corrosão - Livros Técnicos e Cientícos. 3a Edição. Editora S.A, Rio de Janeiro, 1996.

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Capítulo 1. Processos corrosivos

1.7. Gabarit 1) Dependendo do tipo de ação do meio corrosivo sobre os materiais metálicos, os processos corrosivos podem ser eletroquímicos e químicos. Relacione os processos corrosivos com a caracterização de ocorrência de cada um. (A) (B)

Processo de corrosão ( A ) eletroquímica (A) Processo de corrosão química (B) (B) (A)

Necessariamente na presença de água no estado líquido. Preferencialmente na temperatura ambiente. Interação direta entre o metal e o meio corrosivo. Temperaturas, em geral, elevadas. Formação de uma pilha ou célula de corrosão, com a circulação de elétrons na superfície metálica.

2) Os meios corrosivos em corrosão eletroquímica são responsáveis pelo aparecimento do eletrólito. Explique o que é um eletrólito e cite 3 meios corrosivos. Eletrólito: é uma solução eletricamente condutora constituída de água contendo sais, ácidos ou bases. Meios corrosivos: atmosera, solo, águas naturais (rios, lagos e do subsolo), água do mar e produtos químicos.

3) Complete a segunda coluna de acordo com o meio corrosivo da primeira. ( A ) Atmosfera ( D ) Presença de quantidade apreciável de sais. Devido à existência acentuada de sais, a água do mar é um eletrólito poderoso. Outros constituintes como gases dissolvidos também podem acelerar os processos corrosivos. ( B ) Solos

(C)

Presença de sais minerais, ácidos ou bases, resíduos industriais, bactérias, poluentes diversos e gases dissolvidos. O eletrólito compõe-se da água com sais dissolvidos.

( C ) Águas naturais

( A ) Presença de umidade, sais em suspensão, gases industriais, poeira etc. O eletrólito compõe-se da água que condensa na superfície metálica, na presença de sais ou gases existentes no ambiente.

( D ) Água do mar

(E)

Os produtos químicos, sempre que em contato com água ou com umidade, podem provocar corrosão eletroquímica.

( E ) Produtos químicos

(B)

Presença de umidade, sais minerais e bactérias. Há solos que apresentam, também, características ácidas ou básicas. O eletrólito compõe-se, principalmente, da água com sais dissolvidos.

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   2   o PReáCIo    l   u    t    í   p   a    C

Medição do potencial eletroquímico

Ao nal desse capítulo, o treinando poderá: • Identicar as atividades referentes ao processo de medição do potencial eletroquímico; • Explicar o processo de formação de uma pilha de corrosão e seu papel na corrosão e na proteção de equipamentos metálicos.

Alta Competência

32

Capítulo 2 - Medição do potencial eletroquímico

2. Medição do potencial eletroquímico

M

uitas vezes, fala-se que um equipamento sofreu corrosão porque se ormou uma pilha. Mas o que signica isso e de que forma ocorre?

Este conhecimento é fundamental para a compreensão do papel da pilha na corrosão e na proteção dos equipamentos. As pilhas eletroquímicas são de grande importância no estudo da corrosão. Para entender o papel da pilha na corrosão e na proteção dos equipamentos, é necessário primeiramente conhecer os componentes básicos de uma pilha, bem como as reações químicas envolvidas. A corrosão pode ser denida como sendo a destruição eletroquímica de materiais metálicos por reação com o meio ambiente. Deste modo, a corrosão é a transformação química destrutiva de um metal ou uma liga metálica, que ocasiona ou é ocasionada por um uxo de elétrons. Para que uma corrente elétrica ou um uxo de elétrons escoe, é necessária a existência de um circuito elétrico completo. No caso de um sistema de corrosão, este circuito é constituído dos seguintes componentes: • Anodo: eletrodo em que há oxidação (corrosão) e onde a corrente, na forma de íons metálicos positivos, entra no eletrólito; • Eletrólito: é o condutor (normalmente líquido), contendo íons que transportam a corrente para o catodo; • Catodo: eletrodo em que há redução e onde a corrente sai do eletrólito; • Circuito metálico: é a ligação metálica entre o anodo e o catodo, por onde escoam os elétrons no sentido anodo-catodo.

33

Alta Competência

Agora, já é possível perceber que pilha ou célula eletroquímica é um dispositivo que transforma energia química em energia elétrica. Isto é conseguido, por meio de uma reação de oxirredução, com o oxidante (anodo) e o redutor (catodo) separados em compartimentos diferentes, de modo que o redutor seja obrigado a entregar os elétrons ao oxidante através de um circuito externo (o). Quando dois metais diferentes estão em contato e imersos em um meio condutor temos aí uma pilha eletroquímica e um dos metais sofrerá corrosão. Se qualquer um desses componentes for retirado, eliminamos a pilha e, conseqüentemente, diminuímos a probabilidade da ocorrência de processo corrosivo. Observe a ilustração a seguir que representa um esquema de pilha eletroquímica:

34

Fio condutor e

Catodo

Anodo Ponte salina

Esquema representativo de uma pilha

O que ocorre é a formação de uma pilha de corrosão através da cessão de elétrons de uma região para outra. A espécie química que cede (perde) os elétrons sofre oxidação e o local em que ocorre a oxidação (corrosão) é chamado de anodo. As reações na área anódica (anodo da pilha de corrosão) são reações de oxidação. Seja um metal M imerso em água. Se esse metal M tiver tendência a se solubilizar em água, ele passará para a água sob a forma do íon M+n.

Capítulo 2 - Medição do potencial eletroquímico

Deste modo, o metal M ca carregado com elétrons e tem tendência a fornecê-los. Assim:

M

→

M n+ + ne-

Onde: M = símbolo do elemento químico principal na composição química do metal; M n+ = símbolo do cátion do elemento químico M; n = número de oxidação do metal M;

35 eˉ = elétron.

A reação mais importante e responsável pelo desgaste do material é a de passagem do metal da forma reduzida (M) para a iônica (M n+). Exemplos de reações de oxidação (responsável pelo desgaste do material): Na

→

Na + + eˉ 

Fe

→

Fe 2+ + 2eˉ 

Al

→

Al 3+ + 3e ˉ 

Zn

→

Zn 2+ + 2e ˉ 

Por outro lado, a espécie química que ganha os elétrons sofre redução e o local onde ocorre a redução é chamado de catodo. As reações na área catódica (catodo da pilha de corrosão) são reações de redução.

Alta Competência

Neste caso, a reação catódica de redução do oxidante assimila elétrons cedidos pelo metal e passa para a solução na forma reduzida. Esta reação transfere cargas elétricas da solução para o metal, ou seja, gera uma corrente elétrica que atravessa a interface catódica. O íon Xn+ tem uma tendência espontânea para receber os elétrons cedidos pelo elemento M na reação de oxidação. Assim:

Xn+ + neˉ 

→

X

Onde:

36

X n+ = símbolo do cátion com prioridade de descarga presente no meio; n = número de elétrons descarregados; eˉ = elétron; X = símbolo do átomo do cátion descarregado. As reações de redução são realizadas com íon do meio corrosivo ou, eventualmente, com íons metálicos da solução. As reações catódicas mais comuns nos processos corrosivos são: 2H + + 2eˉ 

→

H2 - ocorre em meios neutros ou básicos;

4H + + O2 + 4eˉ 

→

2H2O + O2 + 4eˉ 

2H2O - ocorre em meios ácidos;

→

4OH - - ocorre em meios neutros ou básicos.

Capítulo 2 - Medição do potencial eletroquímico

ImpOrTANTE!

Oxidação - é a perda de elétrons ou o aumento do número de oxidação de um elemento. Redução - é o ganho de elétrons ou a diminuição do número de oxidação de um elemento. Reação de oxirredução - é quando há transferência de elétrons. Oxidante - é o elemento ou a substância que provoca oxidações (ele próprio se reduzindo). Redutor - é o elemento ou substância que provoca reduções (ele próprio se oxidando).

A pilha é caracterizada por uma diferença de potencial entre seus eletrodos, ou seja, Epilha = Ecatodo -Eanodo, onde Ecatodo e Eanodo são os potenciais de redução dos eletrodos. Essa diferença aparece quando: • Os eletrodos são constituídos de diferentes substâncias e possuem, portanto, diferentes potenciais; • Os eletrodos são da mesma substância, mas as soluções contêm atividades diferentes; • Os eletrodos são da mesma substância e as soluções contêm atividades iguais, mas os eletrodos estão submetidos a diferentes difere ntes pressões parciais de substâncias gasosas; • Os eletrodos estão a temperaturas diferentes.

37

Alta Competência

Onde: Epilha =

diferença de potencial da pilha;

Ecatodo

= potencial de redução do catodo;

Eanodo

= potencial de redução do anodo.

Nos processos de corrosão, devem ser destacados 3 principais tipos de pilhas eletroquímicas, nas quais se verica que as reações criam, espontaneamente, uma diferença de potencial: • Pilha de eletrodos metálicos diferentes; • Pilha de concentração;

38 • Pilha de temperaturas diferentes. Pilha de eletrodos metálicos dierentes

Tipo de pilha de corrosão que ocorre quando dois materiais diferentes difere ntes estão em contato e mergulhados num mesmo eletrólito. É a chamada pilha galvânica. O metal que tem maior potencial potencia l de oxidação é o que funciona como anodo da pilha, ou seja, cede elétrons e, portanto, sofre corrosão. Como exemplo, pode-se ilustrar uma válvula constituída de liga de cobre e zinco (latão) conectada a uma tubulação de aço-carbono em presença de água (eletrólito). Nesta condição, a corrosão mais acentuada está próximo ao contato aço-carbono-latão, corroendo-se preferencialmente o tubo de aço, pois este funciona como anodo da pilha formada.

Capítulo 2 - Medição do potencial eletroquímico

Corrosão acentuada

Exemplo de corrosão galvânica em tubo de aço-carbono conectado à válvula de latão

O aço ocupa uma posição mais próxima da extremidade anódica (corrosão) que o latão na Tabela prática de nobreza em água do mar.

39

Alta Competência

F   o n  t    e  :   G E  N  T  I    ,L  2   0   0   3   , P  .2  4 

Extremidade anódica menos nobre (corrosão)

40

  o    ã   s   o   r   r   o   c   a   a    i   c   n    ê    d   n   e    t   r   o    i   a    M

1. Magnésio 2. Ligas de magnésio 3. Zinco 4. Alclad 38 5. Alumínio35 6. Alumínio 61S 7. Alumínio 63S 8. Alumínio 52 9. Cádmio 10. Aço doce 11. Aço baixo teor liga 12. Aço liga 13. Ferro fundido 14. Aço AISI 410 (ativo) 15. Aço AISI 430 (ativo) 16. Aço AISI 304 17. Aço AISI 316 (ativo) 18. Chumbo 19. Estanho 20. Niquel (ativo) 22. Metal Muniz 23. Latão Amarelo 24. Latão Almirantado 25. Latão Alumínio 26. Latão Vermelho 27. Cobre 28. Bronze 29. Cupro-Níquel 90/10 30. Cupro-Níquel 70/30 (baixo teor de ferro) 31. Cupro-Níquel 70/30 (alto teor de ferro) 32. Níquel (passivo) 33. Inconel (passivo) 34. Monel 35. Hastelloy C 36. Aço AISI 410 (passivo) 37. Aço AISI 430 (passivo) 38. Aço AISI 304 39. Aço AISI 316 (passivo) 40. Titânio 41. Prata 42. Grafite 43. Ouro 44. Platina Extremidade Catódica mais nobre (proteção)

Tabela prática de nobreza em água do mar

M  a i    o r  n  o  b  r   e  s   a

Capítulo 2 - Medição do potencial eletroquímico

Em meio corrosivo aquoso o ferro tem uma maior tendência de passar para a solução sob a forma de íons, perdendo elétrons e, conseqüentemente, sofrendo corrosão (oxidação) funcionando como anodo da pilha, enquanto que o eletrodo de latão funciona como catodo. Outros exemplos particulares de pilhas de eletrodos metálicos diferentes são as chamadas pilhas ativa-passiva e de ação local. Pilha de concentração

Ocorre nos casos em que os eletrodos, embora de mesma natureza, podem originar uma diferença de potencial, ocasionando processos de corrosão. Isto acontece quando se tem o eletrodo em contato com diferentes concentrações de um mesmo eletrólito ou em contato com o mesmo eletrólito, porém, em locais em que os teores dos gases dissolvidos são diferentes. No primeiro caso tem-se a chamada pilha de concentração iônica e no segundo, a pilha de ação diferencial. Pilha de temperaturas dierentes

Constituída de eletrodos de um mesmo material metálico, porém os eletrodos estão em diferentes temperaturas. Também chamada de pilha termogalvânica, responsável pela corrosão termogalvânica. Costuma ocorrer em material metálico, que apresenta áreas diferentemente aquecidas, imerso em eletrólitos. ATENÇÃO A caracterização da região anódica (anodo) e da região catódica (catodo) tem um papel fundamental na proteção dos equipamentos metálicos. A ligação entre materiais metálicos diferentes deve ser precedida de consulta à tabela de potenciais de eletrodo-padrão a fim de prever a possibilidade de caracterização do anodo e do catodo da pilha possivelmente resultante antes da elaboração de um projeto.

41

Alta Competência

2.1. Potencial de eletrodo Potencial eletroquímico ou potencial de eletrodo é a espontaneidade ou a tendência de uma espécie química adquirir elétrons e, desse modo, ser reduzido. Cada espécie tem seu potencial intrínseco de redução.

42

Para se obter potenciais de eletrodos se atribui um valor arbitrário a um deles, que se toma como referência. Os demais são medidos vericando-se a diferença de potencial que adquirem quando ligados ao eletrodo de referência. O sinal depende do sentido em que ocorre a reação do eletrodo. Por convenção, os potenciais de eletrodo se referem a semi-reação de redução. O potencial é considerado positivo quando a reação que ocorre no eletrodo (em relação ao de referência) é a redução, e negativo quando a reação é a oxidação. O eletrodo mais comum que se toma como referência para tabular os potenciais de eletrodo é o eletrodo padrão ou eletrodo normal de hidrogênio, estando este eletrodo em condições padrões, isto é: • Concentração de H+ (aq) igual a 1 molar; • Temperatura igual a 25 0C; • Pressão do H2 igual a 1atm. A corrosão de metais ocorre devido à sua tendência a perder elétrons quando estes reagem com outras substâncias, ou seja, corrosão é a oxidação dos metais. A maior ou menor tendência a perder elétrons chama-se potencial de eletrodo. A imersão de um metal em solução de seus próprios íons estabelece uma diferença de potencial entre a fase sólida e a líquida dada por:

E = Emetal + Esolução

Capítulo 2 - Medição do potencial eletroquímico

Onde: E = diferença de potencial do meio; Emetal = Esolução

diferença de potencial do metal;

= diferença de potencial da solução. ATENÇÃO O valor absoluto deste potencial não pode ser medido, a menos que se use um eletrodo de referência.

2.2. Eletrodos de reerência Para medir o potencial de eletrodo de qualquer eletrodo liga-se esse eletrodo ao eletrodo normal de hidrogênio. Pode-se também acoplar o eletrodo em questão a um eletrodo cujo potencial, em relação ao de hidrogênio, seja conhecido. Além do eletrodo de hidrogênio podem ser usados outros eletrodos de referência como, por exemplo, calomelano, prata/cloreto de prata e cobre/sulfato de cobre. A seguir são apresentados alguns eletrodos de referência: a) Eletrodo padrão ou normal de hidrogênio

Utiliza-se uma placa de platina ”esponjosa”, que tem a propriedade de reter o gás hidrogênio, deste modo, forma-se uma película de H2 sobre a platina, por isso, pode-se dizer que o eletrodo é realmente de hidrogênio, funcionando a platina apenas como suporte inerte. A ilustração a seguir representa um esquema de um eletrodo padrão de hidrogênio.

43

Alta Competência

(1atm)

Solução de [H+] = 1M

Platina platinizada ou negro de platina

Esquema de um eletrodo padrão de hidrogênio

44

Este eletrodo é usado apenas em laboratório. Na prática, especialmente nas medidas de potências realizadas em proteção catódica, utilizam-se os eletrodos de Cu/CuSO4 e Ag/AgCl. b) Eletrodo de prata/cloreto de prata (Ag/AgCl)

Utilizado nas medições de potenciais em instalações submersas. O potencial padrão, em relação ao hidrogênio é + 0,222V. Consiste em um o de platina revestido de prata, que é por sua vez convertido parcialmente em cloreto de prata (AgCl) imergindo-se em solução de ácido clorídrico diluído. É representado por Ag, AgCl (s) |KCl| (aq.). Sua reação de equilíbrio é apresentada a seguir:

AgCl(s) + e- ⇔ Ag + Cl c) Eletrodo de cobre/sulato de cobre (Cu/CuSO4)

Muito empregado para medir, em relação ao solo, o potencial de tubulações enterradas, utilizado para estabelecer e controlar sistemas de proteção catódica. O potencial padrão, em relação ao hidrogênio é + 0,316V.

Capítulo 2 - Medição do potencial eletroquímico

Consiste em cobre metálico imerso em solução saturada de sulfato de cobre Cu | CuSO4 (sat.), Cu2+. Sua reação de equilíbrio é representada a seguir:

Cu+2 + 2e- ⇔ Cu

Rolha de borracha Tubo de plástico

Bastão de cobre

Solução saturada de sulfato de cobre Cristais de CuSO4 . 5H2O

Madeira porosa ou material cerâmico

Capa protetora de borracha

Desenho esquemático: eletrodo de Cu/SO 4

d) Eletrodo de calomelano

Consiste em mercúrio em contato com cloreto mercuroso, Hg2Cl2, e uma solução de cloreto de potássio, KCl. Esse eletrodo é representado por Hg, Hg2Cl2 | KCl (aq.) e apresenta a seguinte reação de equilíbrio:

Hg2Cl2(s) + 2e- ⇔ 2Hg + 2 Cl O potencial padrão deste eletrodo, em relação ao eletrodo normal de hidrogênio é + 0,280V e, quando um determinado eletrodo tem a diferença de potencial de + 0,482V em relação ao calomelano, conclui-se que o valor do potencial do eletrodo em relação ao de hidrogênio é + 0,762V.

45

Alta Competência

Potenciais dos eletrodos de reerência, com base no eletrodo normal de hidrogênio Reação do eletrodo

Potencial E°H(V)

Hg, Hg2Cl2(s)/KCl(0,1M)

+ 0,3337

Hg, Hg2Cl2(s)/KCl(1M)

+ 0,2800

Hg, Hg2Cl2(s)/KCl(SAT.)

+ 0,2415

Ag,AgCl(s)/KCl(0,1M)

+ 0,2881

Ag,AgCl(s)/KCl(1M)

+ 0,2224

Cu/CuSO4(sat.),Cu+2

+ 0,3180

Potenciais de eletrodo padrão

46

Reação do eletrodo

Potenciais de redução E0 (V)

Au+ + e- = Au

+ 1,68

Pt+2 + 2e- = Pt

+ 1,20

Hg+2 + 2e- = Hg

+ 0,85

Ag+ + e- = Ag

+ 0,80

Cu+2 + 2e- = Cu

+ 0,34

2H+ + 2e- = H2

0,00

Pb+2 + 2e- = Pb

- 0,13

Sn+2 + 2e- = Sn

- 0,14

Ni+2 + 2e- = Ni

- 0,25

Cd+2 + 2e- = Cd

- 0,40

Fe+2 + 2e- = Fe

- 0,44

Zn+2 + 2e- = Zn

- 0,76

Mg+2 + 2e- = Mg

- 2,34

Capítulo 2 - Medição do potencial eletroquímico

Para ns práticos, usam-se os seguintes valores no estado padrão: T=298K (25oC é a temperatura mais usada para medidas eletroquímicas); R=8314 J.K-1.mol-1 ( Constante dos gases perfeitos); [substância. pura sólida]= 1 (Convencionalmente, para um metal puro, no estado sólido, a atividade é unitária).

2.3. Potenciais de eletrodo irreversíveis (potencial de corrosão) Na prática, não existe um estado padrão, mas sim um metal em contato com solução contendo íons metálicos diferentes dos seus. Para o caso do ferro em solução de cloreto de sódio (NaCl), podese admitir inicialmente a oxidação do ferro conforme mostrado na reação a seguir:

(Fe ⇒ Fe+2 + 2e-) (1) Que não chega a formar um eletrodo reversível (equilíbrio), onde cessaria o processo de oxidação do metal. O ferro vai se oxidando, ou corroendo, porque ocorre também, a reação de redução:

(H2O + ½ O2 + 2e- → 2OH-) (2) O íon hidroxila (OH-) gerado na reação (2) vai reagir com Fe+2 (1), formando os produtos insolúveis Fe(OH) 2 (3) ou Fe(OH)3 (4) não deixando, portanto, que haja Fe+2, em solução, para atingir o equilíbrio.

Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2

(3)

2Fe(OH)2 + ½ O2 + H2O → 2Fe(OH)3 (4)

47

Alta Competência

Torna-se então necessário conhecer os potenciais medidos nessas condições. Esses potenciais são chamados de potenciais de eletrodos irreversíveis (potencial de corrosão), ou seja, potenciais dos sistemas para os quais as condições conhecidas não permitem denir a natureza do fenômeno reversível. O potencial real do ferro nesta solução deve ser medido experimentalmente e é chamado de potencial de corrosão.

48

Capítulo 2 - Medição do potencial eletroquímico

2.4. exrcíci 1) As reações que ocorrem nos processos de corrosão eletroquímica são reações de oxidação e redução. Explique cada uma e apresente respectivamente as reações anódicas e catódicas. _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________

2) Dentre os itens abaixo, marque somente as sentenças que estão corretas: ( ) Potencial eletroquímico ou potencial de eletrodo é a espontaneidade ou a tendência de uma espécie química adquirir elétrons e, desse modo, ser reduzido. Cada espécie tem seu potencial intrínseco de redução. ( ) A corrosão de metais ocorre devido à sua tendência a perder elétrons quando estes reagem com outras substâncias, ou seja, corrosão é a oxidação dos metais. ( ) Eletrodo de referência é a forma de se medir o potencial de um eletrodo através de sua ligação a um segundo eletrodo tomado como referência. ( ) O potencial é considerado positivo quando a reação que ocorre no eletrodo (em relação ao de referência) é a oxidação e negativo quando é a redução. 3) Explique como se forma uma pilha, e qual o seu papel na corrosão e na proteção de equipamentos metálicos. _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________

49

Alta Competência

2.5. Glri Eletrodo de reerência - semipilha, ligada à solução em medição por uma membrana porosa (ponte salina), sendo capaz de, por meio de uma reação química conhecida em concentração bem denida, fornecer um potencial elétrico padrão para uma medida de diferença de potencial. Eletrólito - toda substância que, dissociada ou ionizada, origina íons positivos (cátions) e íons negativos (ânions), pela adição de um solvente ou aquecimento. Desta forma, torna-se um condutor de eletricidade. Oxidação - perda de elétrons ou o aumento do número de oxidação de um elemento. Oxidante - elemento ou a substância que provoca oxidações (ele próprio se reduzindo). Reação de oxirredução - quando há transferência de elétrons.

50

Redução - quando, por meio da transferência de elétrons provenientes de outra espécie química, dá-se a diminuição da carga formal ou do número de oxidação de uma espécie química. Redutor - elemento ou substância que provoca reduções (ele próprio se oxidando).

Capítulo 2 - Medição do potencial eletroquímico

2.6. Bibligrafa ANDRADE, Cynthia de Azevedo. Corrosão em Águas – Petrobras, Rio de Janeiro, 2006. FREITAS, Nair e SALVADOR Angélica. Manutenção das Facilidades de Produção e Dutos através de Boas Práticas de Operação – Petrobras, Rio de Janeiro, 2006. GENTIL, Vicente. Corrosão - Livros Técnicos e Cientícos. 3a Edição. Editora S.A, Rio de Janeiro, 1996.

51

Alta Competência

2.7. Gabarit 1) As reações que ocorrem nos processos de corrosão eletroquímica são reações de oxidação e redução. Explique cada uma e apresente respectivamente as reações anódicas e catódicas. A espécie química que cede (perde) os elétrons sore oxidação e o local aonde ocorre a oxidação (corrosão) é chamado de anodo. M

→

M n+ + ne-

A espécie química que ganha os elétrons sore redução e o local aonde ocorre a redução é chamado de catodo. Xn+ + ne -

→

X

2) Dentre os itens abaixo, marque somente as sentenças que estão corretas: ( X ) Potencial eletroquímico ou potencial de eletrodo é a espontaneidade ou a tendência de uma espécie química adquirir elétrons e, desse modo, ser reduzido. Cada espécie tem seu potencial intrínseco de redução.

52

( X ) A corrosão de metais ocorre devido à sua tendência a perder elétrons quando estes reagem com outras substâncias, ou seja, corrosão é a oxidação dos metais. ( X ) Eletrodo de reerência é a orma de se medir o potencial de um eletrodo através de sua ligação a um segundo eletrodo tomado como reerência.

( )

O potencial é considerado positivo quando a reação que ocorre no eletrodo (em relação ao de referência) é a oxidação e negativo quando é a redução. Justicativa: O potencial é considerado positivo quando a reação que ocorre no eletrodo (em relação ao de reerência) é a redução e negativo quando é a oxidação.

3) Explique como se forma uma pilha, e qual o seu papel na corrosão e na proteção de equipamentos metálicos. A pilha de corrosão é ormada quando um metal ou uma liga metálica está em contato com um eletrólito, acontecendo simultaneamente, as reações anódicas (reação de oxidação) e catódicas (reação de redução). A transerência dos elétrons da região anódica para a catódica é eita por meio de um condutor metálico e uma diusão de ânions e cátions na solução echa o circuito elétrico, dando origem a uma pilha de corrosão. Se qualquer um desses componentes or retirado elimina a pilha e, conseqüentemente, diminui a probabilidade da ocorrência de processo corrosivo. Daí a importância da pilha nos estudos da corrosão, pois a partir desse conhecimento é possível prever sistemas de proteção contra corrosão além de especicar adequadamente os materiais empregados na abricação de equipamentos e tubulações, evitando a ocorrência de pilha.

   3   o PReáCIo    l   u    t    í   p   a    C

Proteção

Ao nal desse capítulo, o treinando poderá: • Distinguir os fatores de proteção dos materiais em relação ao processo de corrosão; • Identicar a aplicabilidade dos mecanismos de proteção contra a corrosão.

Alta Competência

54

Capítulo 3. Proteção

3. Proteção

A

corrosão é um processo decorrente da relação entre diferentes materiais e as condições ambientais às quais estão expostas. Isto signica que, neste exato momento, uma quantidade incalculável de equipamentos, instalações e tubulações metálicas estão sofrendo um processo corrosivo, estejam eles na água, no solo ou em contato com a atmosfera. Do ponto de vista econômico, pode-se avaliar o impacto dos processos corrosivos na indústria a partir dos seguintes dados: • 30% ou mais do aço produzido no mundo é usado para reposição de peças, equipamentos e instalações deteriorados pela corrosão;

55 • É estimado em 3,5% do PIB o gasto anual com corrosão nos países industrializados; • Além das perdas diretas, existem as perdas indiretas, geralmente de maior vulto, em decorrência da indisponibilidade dos equipamentos, o que acarreta lucros cessantes, nem sempre computados como gasto. Considerando a quantidade de equipamentos e tubulações metálicas presentes na indústria do petróleo, pode-se concluir que a proteção desses materiais contra os processos corrosivos a que estão expostos, constitui uma tarefa estratégica da maior importância. Observe, então, quais os procedimentos utilizados para tal.

Alta Competência

3.1. Proteção passiva ou anódica Proteger anodicamente um metal de baixa resistência à corrosão eletroquímica signica aplicar a este metal um determinado potencial anódico (uma corrente anódica), visando aumentar o potencial do metal e conduzir a formação em sua superfície de uma película passiva (ilustração - Diagrama de polarização anódica de um metal que se passiva). Em outras palavras, a proteção anódica baseia-se no fenômeno de passivação de metais que ocorre em um meio passivador. O emprego de proteção anódica é mais indicado para minimizar a corrosão de estruturas metálicas (como tanques) em contato com os meios eletrolíticos passivadores de alta agressividade (como ácidos), estagnados ou pouco movidos e de composição pouco variável com o tempo.

56 Para proteger anodicamente uma estrutura metálica em um meio altamente agressivo não passivador, pode ser feita a sua passivação prévia, que consiste em tratamento desta estrutura em uma solução altamente oxidante, como ácido nítrico concentrado e cromato de potássio (60% HNO3 + 10% K2Cr2O7). O óxido do metal forma uma camada passiva, na e aderente e alguns óxidos de determinados metais podem formar proteções ecientes contra a corrosão, funcionando como uma barreira para conter a entrada de O2, ou seja, a oxidação. Os metais que sofrem a passivação são denominados de passiváveis e os meios que conduzem a passivação são denominados de passivadores. Os meios passivadores constituem os meios altamente oxidantes (HNO3, NaNO3, NaNO2, K2CrO4) ou os meios altamente aerados (superaerados). De um modo geral, o fenômeno de passivação consiste na formação sobre a superfície dos metais de uma na película passiva, constituída de óxidos, hidróxidos ou oxi-hidróxidos do metal base e/ou de elementos de liga. Embora a espessura de película seja de poucos nanômetros, sua eciência de proteção é alta.

Capítulo 3. Proteção

Em função de potencial anódico irreversível que o metal assume com relação ao meio, a cinética de sua polarização anódica pode ser dividida nos seguintes estágios: •Estágio ativo, entre os potenciais reversíveis (Eea) e de

passivação (EP). Neste estágio, à medida que o potencial irreversível aumenta, o metal produz uma película que, no potencial de passivação, recobre toda a superfície metálica. No potencial de passivação, a corrente anódica, chamada de passivação (iP), atinge um valor máximo; •Estágio transitório, entre os potenciais de passivação (EP)

e de passivação completa (EPC). Neste estágio, à medida que o potencial irreversível aumenta, na película passiva são nalizados os processos eletroquímicos transitórios, mantendo alta eciência de proteção. No potencial de passivação completa, a corrente anódica, chamada de passivação completa (iPC), atinge um valor mínimo; •Estágio passivo, nos potenciais superiores ao potencial de

passivação completa (EPC). Neste estágio, o metal é rigorosamente protegido pela película passiva e pode permanecer no estado passivo por um longo período de tempo, corroendo com velocidade extremamente baixa (iPC). Na ilustração a seguir é apresentado o diagrama de polarização anódica de um metal que se passiva em um meio passivador. -Eea(Me) Estágio Ativo

EP

Estágio Transitório

EPC

Estágio Passivo

+Eea(Me) 0iPC

iP

Diagrama de polarização anódica de um metal que se passiva

ia

57

Alta Competência

3.2. Proteção catódica galvânica Neste processo, o uxo de corrente elétrica fornecido origina-se da diferença de potencial natural existente entre o metal a proteger e o outro escolhido como anodo que tem o potencial mais negativo na tabela de potenciais, conforme pode ser observado na série galvânica prática mostrada na tabela a seguir:

Série galvânica prática MATERIAL

58

VOLT*

Magnésio comercialmente puro Liga de magnésio (6% AI, 3% Zn, 0,15% Mn) Zinco Liga de alumínio (5% Zn) Alumínio comercialmente puro Aço (limpo) Aço enferrujado Ferro fundido (não-grafitado) Chumbo Aço em concreto Cobre, bronze, latão Ferro fundido com alto teor de silício Aço com carepa de laminação Carbono, grafite, coque

- 1,75 - 1,60 - 1,10 - 1,05 - 0,80 - 0,50 a - 0,80 - 0,20 a - 0,50 - 0,50 - 0,50 - 0,20 - 0,20 - 0,20 - 0,20 + 0,30

* potenciais típicos normalmente observados em solos neutros e água, medidos em relação ao eletrodo de Cu/CuSO 4. Valores um pouco diferentes podem ser encontrados em diferentes tipos de solos.

A seguir, pode-se observar o esquema de proteção catódica com anodos galvânicos ou de sacrifício:

ANODO

e-

CATODO

Zn Zn2+

Fe OHOH-

H2

Esquema de proteção catódica com anodos galvânicos ou de sacrifício

Os materiais utilizados, na prática, como anodos galvânicos são ligas de magnésio, zinco ou alumínio, que possuem as seguintes capacidades de corrente:

Capítulo 3. Proteção

Corrente (ampère hora/ quilograma) Zn

740Ah/Kg

-1,05V (*)

1.850Ah/Kg

-1,10V (*)

→

Al

→

Potencial (volt)

Mg 1.100Ah/Kg -1.55V (*) (*) potencial de eletrodo referido à semicélula Cu/CuSO 4 →

A utilização dos anodos é função das características da estrutura a ser protegida e do tipo de eletrólito em contato com o material metálico.

59

Anodos galvânicos instalados no utuador da Petrobras XV (Japão)

A tabela a seguir apresenta aplicações típicas dos anodos galvânicos: Aplicações típicas dos anodos galvânicos Anodo Alumínio

Aplicações Estruturas metálicas imersas em água do mar

Magnésio

Estruturas metálicas imersas em água doce, de baixa resistividade, ou enterradas em solos com resistividade elétrica até 3.000 Ω cm

Zinco

Estruturas metálicas imersas em água do mar ou enterradas em solos com resistividade elétrica até 1.000 Ω cm

Alta Competência

Sola (Eletrólito)

Tubulação Enterrada

Cabo de cobre

Catodo Anodo de Magnésio Revestimento Químico

60

Proteção catódica de tubulação subterrânea

Vantagens e desvantagens no uso do sistema galvânico de proteção Vantagens Desvantagens • Apresenta alto custo de reposição em • Não requer alimentação elétrica externa; instalações marítimas estacionárias (serviço • Sua manutenção é de baixo custo; de mergulho); • Raramente causa interferências em • A quantidade de corrente elétrica outras estruturas metálicas enterradas nas fornecida à estrutura é limitada pela proximidades; pequena diferença de potencial anodo/ • Sua instalação é de baixo custo, em catodo (drive-voltage); alguns casos, sobretudo em pequenas • Apresenta alto custo quando as estruturas. estruturas são muito grandes; • Não são ecientes para estruturas sujeitas a correntes elétricas de interferência.

3.3. Proteção catódica por corrente impressa Neste processo, o uxo de corrente origina-se da voltagem (força eletromotriz - FEM) de uma fonte geradora de corrente elétrica contínua. Na prática, são utilizados reticadores que, alimentados com corrente alternada, fornecem corrente elétrica contínua para a proteção da estrutura metálica.

Capítulo 3. Proteção

O sistema de proteção catódica por corrente impressa é composto, basicamente, por: 1. Reticador - converte corrente alternada (CA) em corrente contínua (CC); 2. Anodo inerte - praticamente resistente à corrosão, é responsável pela injeção de corrente para a estrutura através do eletrólito; 3. Eletrodo de reerência - sensor de potencial eletroquímico que possibilita leituras através de voltímetro e também utilizado para enviar sinal elétrico para o controle automático do reticador; 4. Blindagem dielétrica (dielectric shield ) - isolamento elétrico aplicado à estrutura, no entorno dos anodos de corrente impressa, para evitar a superproteção local e proporcionar melhor distribuição de corrente à estrutura; 5. Cabo elétrico - faz a interligação do reticador aos anodos, eletrodos e fonte de corrente alternada. 1. Retificador

3. Eletrodo de referência

2. Anodo inerte

5. Cabo elétrico 4. Blindagem

Representação esquemática de sistema de proteção catódica numa embarcação

Para a dispersão dessa corrente no eletrólito são utilizados anodos especiais, inertes, com características e aplicações que dependem do eletrólito onde são utilizados, conforme mostrado na tabela a seguir.

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Alta Competência

Aplicações típicas dos anodos inertes ANODOS

APLICAÇÕES

Titânio(*), nióbio ou tântalo platinizado(*) (Ti-Pt, Ni-Pt ou Ta-Pt)

Solos, água doce, água do mar e concreto (na proteção das armaduras de aço) - [várias unidades marítimas da Petrobras]

Titânio revestido com óxidos mistos de metais nobres(*)

Solo, água doce, água do mar - [várias unidades marítimas da Petrobras]

Chumbo-antimônio-prata(*) (93% Pb, 6% Sb, 1% Ag)

Água do mar, suspenses, sem tocar o fundo do mar [Petrobras]

Ferro-silício-cromo (14,5% Si, 4,5% Cr)

Solos, água do mar, fundo do mar ou água doce

Ferro-silício (14,5% Si)

Solos ou água com teor de cloreto inferior a 60 ppm

Grafite

Solos, água do mar não-profunda e água doce

Magnetita

Solos, água doce e água do mar

Ferrita

Solos, água doce e água do mar

Titânio revestido com óxido de cério

Solos, água doce, água do mar e concreto (na proteção das armaduras de aço)

(*) aplicados em instalações marítimas da Petrobras.

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O anodo para corrente impressa, ao contrário do galvânico, praticamente não se desgasta, ou seja, enquanto o metal do anodo galvânico se dissolve no eletrólito para produzir elétrons, o anodo inerte consegue fazê-lo sem que seja necessária a sua dissolução. A taxa de desgaste de alguns dos materiais mais utilizados é apresentada a seguir: Fe/Si

0,4kg/A.ano;

Fe/Si/Cr

→

→

Pb/Ag/Sb Ti/Pt

→

0,4kg/A.ano;

→

0,1kg/A.ano;

0,0094kg/A.ano;

Ni/Pt 0,0094kg/A.ano Titânio (Ti) com óxidos de metais nobres (MMO): desprezível; →

Ferro ou aço: 9,2kg/A.ano (não é considerado anodo inerte). Para que você possa comparar, os anodos de sacrifício apresentam as seguintes taxas de consumo:

Capítulo 3. Proteção

Zn Al

→

→

Mg

12kg/A.ano; 5kg/A.ano;

→

8kg/A.ano.

Verique, agora, as vantagens e desvantagens do sistema de corrente impressa: Vantagens e desvantagens do sistema de corrente impressa Vantagens Desvantagens • Possibilita o fornecimento de correntes elevadas de proteção; • Melhora o controle das correntes de proteção; • É eciente para estruturas nuas ou pobremente revestidas; • É eciente para estruturas sujeitas a correntes de interferência.

• Custo de manutenção é maior que o do sistema galvânico; • Requer suprimento de energia elétrica externa (disponibilidade e custo); • Pode causar interferências sobre outras estruturas metálicas enterradas nas proximidades.

3.3.1. Operação

Para que um sistema de proteção catódica proporcione todas as vantagens que dele se espera, são necessárias providências especícas desde a sua instalação. Exige cuidadosa vericação de toda a montagem, obedecendo a um rigoroso controle de partida e dos ajustes nais. Exige, ainda, permanente acompanhamento operacional, incluindo um programa bem estabelecido para inspeção – reqüência de inspeção. Com isto, reduzem-se os custos de manutenção, proporcionando elevada eciência ao sistema. a) Partida e ajustes

A partida de sistemas galvânicos é automática e instantânea, tão logo o anodo esteja em contato com a estrutura e com o eletrólito.

63

Alta Competência

A partida dos sistemas de corrente impressa demanda maiores cuidados, tanto nas instalações marítimas como nas instalações terrestres. A energização só pode ser feita após minuciosa inspeção de todo o sistema. Inicia-se a operação aplicando uma baixa corrente. Antes de ligar o reticador, deve-se medir o potencial estrutura/eletrólito, num ponto pré-determinado, anotando-se o valor encontrado. Este é o potencial estático. Feito isto, liga-se o reticador e duas horas mais tarde medese novamente o potencial no mesmo ponto e compara-se este valor com o obtido anteriormente.

64

Muitas vezes não é detectada diferença de potencial. Neste caso, procede-se uma elevação de corrente de saída. É preciso aguardar mais duas horas e faz-se nova medição do potencial, no mesmo ponto, e repete-se a comparação com o potencial estático, ou seja, o potencial inicial. O potencial encontrado deve ser mais negativo que o potencial estático. Caso o potencial seja menos negativo (ou mais positivo) que o estático, deve-se desligar o reticador e proceder a uma completa revisão do circuito. Deve estar ocorrendo uma inversão de polaridade. Esta é uma falha grave que deve ser sanada imediatamente, antes da partida do sistema. Caso não haja irregularidades, deve-se continuar a elevação da corrente de saída dos reticadores a intervalos de duas horas, no mínimo, medindo-se o potencial imediatamente antes de cada elevação de corrente. Os sistemas de proteção galvânica necessitam, em geral, de inspeção menos freqüente, por duas razões: 1. São constituídos por anodos conectados à estrutura ou por um leito de anodos a ela ligados, com muito menor possibilidade de falha no funcionamento; 2. Os sistemas galvânicos quase sempre são usados em estruturas não sujeitas a correntes de interferência, constituindo, portanto, um sistema estável e menos sujeito a interrupções.

Capítulo 3. Proteção

Os sistemas de corrente impressa, constituídos de equipamentos elétricos, exigem um acompanhamento maior, pois as falhas podem ser mais freqüentes.

?

VOCÊ SABIA?

As principais causas de paralisação de equipamentos dos sistemas de corrente impressa são as falhas: • no suprimento de corrente alternada; • no circuito interno (reticador); • no circuito externo (cabos elétricos, anodos e eletrodos de referência).

b) Freqüência de inspeção

A freqüência com que os sistemas de proteção catódica devem ser inspecionados varia muito com a importância e o tipo dos mesmos. Em unidades utuantes marítimas, como as de exploração e produção da Petrobras, as inspeções são normalmente vinculadas a outras vericações do casco e são realizadas a cada dois anos e meio. O método mais utilizado para avaliar a performance da proteção catódica de uma unidade marítima é a medição do potencial eletroquímico em vários pontos da sua estrutura submersa. Para unidades marítimas com sistemas de corrente impressa são recomendáveis três modalidades e freqüências de vericação de potencial eletroquímico: •Semanal – diretamente no reticador, através dos eletrodos de

referência xos; • Trimestral ou semestral – através de eletrodo de

referência portátil, calibrado, em pelo menos 20 pontos distribuídos estrategicamente;

65

Alta Competência

• A cada 2,5 anos – através de medição submersa

local (via mergulhadores), em pelo menos 40 pontos estrategicamente preestabelecidos. A escolha dos pontos deve considerar as regiões com maior risco de superproteção, como as próximas aos anodos, e as de subproteção, como as mais distantes dos anodos, ou com maior diculdade de alcance da proteção (locais mais connados, ou escondidos). 3.3.2. Manutenção

A manutenção dos sistemas de proteção catódica é conseqüência direta dos problemas detectados durante as inspeções e ao longo do seu acompanhamento operacional.

66

Nos sistemas galvânicos, quando se vericar um potencial estrutura/  meio menos negativo que -0,800 em relação ao eletrodo de prata/  cloreto de prata, ou o equivalente, em relação a outros eletrodos, deve-se proceder a uma inspeção no sistema. O resultado da inspeção ditará quais as medidas a serem adotadas. Se for constatado o completo desgaste dos anodos, eles devem ser substituídos. Entretanto, se forem observados eventos, tais como ausência de desgaste, desgaste irregular, ou outras anomalias, o problema deve ser estudado com maior profundidade. No que se refere aos sistemas de corrente impressa, os trabalhos de manutenção recaem, em geral, sobre os reticadores que requerem, por vezes, ajustes do  set point , a substituição de fusíveis ou mesmo de elementos reticadores como diodos ou tiristores. Quando forem utilizados reticadores imersos em óleo, este óleo deve ser examinado periodicamente, por exemplo, a cada seis meses, de modo a se providenciar sua substituição na época apropriada. Com relação aos anodos inertes, a ocorrência de falhas no corpo do anodo também é reduzida, especialmente nos leitos instalados no solo. Nas instalações marítimas podem ocorrer defeitos em cabos e junções da conexão elétrica cabo/anodo.

Capítulo 3. Proteção

Uma atividade que tem aumentado na explotação marítima da Petrobras é a intervenção submarina nos sistemas de proteção catódica para a substituição total dos componentes submersos devido ao m da vida útil do sistema. Embora estes problemas não sejam freqüentes, eles devem ser solucionados de imediato a m de evitarse o comprometimento da integridade da instalação. ATENÇÃO Diante dos altos custos envolvidos com os trabalhos submarinos e a impossibilidade do deslocamento da unidade para reparo em dique seco, a Petrobras vem desenvolvendo alternativas de instalações pioneiras de sistemas de injeção de corrente . Recentemente, quatro unidades utuantes, P-22, P-21, P-20 e P-31, receberam sistemas de proteção catódica com anodos remotos, que é um conceito que reduz sobremaneira os custos de instalação e de manutenção. 3.3.3. Monitoração

Para ambos os tipos descritos, a comprovação da eficiência da proteção catódica durante a operação da estrutura protegida é avaliada por alguns ensaios, sendo mais usada a medição do potencial eletroquímico da estrutura em relação ao meio corrosivo (eletrólito). Neste ensaio, verica-se o potencial usando-se um eletrodo de referência, que pode ser dos seguintes tipos: Eletrodo

Aplicação

zinco Ag/AgCl (prata - cloreto de prata) tCu/CuSO4 (cobre - sulfato de cobre)

água do mar água do mar solo

Uma estrutura de aço encontra-se protegida no mar quando, durante o funcionamento do sistema de proteção catódica, consegue-se obter qualquer uma das situações a seguir:

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Alta Competência

a) Potenciais estrutura/eletrólito entre -1,000 e -0,800V para medições com o eletrodo Ag/AgCl. Por exemplo: • Potencial de -0,910V: adequadamente protegida; • Potencial de -0,720V: fora da faixa ideal de proteção. b) Potenciais estrutura/eletrólito entre +0,050 e +0,250V para medições com o eletrodo de zinco. Por exemplo: • Potencial de +0,210V: adequadamente protegida; • Potencial de +0,380V: fora da faixa ideal de proteção. Tipos de eletrodos quanto ao local de medição:

68 •Eletrodo para medição remota - semicélula de prata/cloreto de

prata (Ag/AgCl). Em instalações marítimas também é muito utilizado o eletrodo de zinco; Cabo elétrico conectado à barra de prata

Voltímetro Superfície do mar

Corpo de plástico Barra de prata Furo

Semi-célula

Barra de aço

Semi-célula

Eletrodo de referência de Ag/AgCl

Capítulo 3. Proteção

•Eletrodo para medição local – um exemplo utilizado em estruturas marítimas, via mergulhador, é o bathycorrometer , semicélula prata/ 

cloreto de prata (Ag/AgCl).  Terminal positivo (+)

Voltímetro

Entrada de água salgada

BARRA DE PRATA

 Terminal negativo (-)

Eletrodo de referência de Ag/AgCl de leitura local - bathycorrometer 

Os voltímetros usados para as medições de potencial em sistemas de proteção catódica precisam ser robustos e de boa precisão, uma vez que os valores de tensão com que se trabalha são baixos. Também devem ser de alta impedância (alta sensibilidade) para não interferirem nas leituras. O valor mínimo exigido de resistência interna nessas condições é de 50.000 Ω /V (OHMs/Volts). Normalmente são utilizados multímetros digitais, que possuem alta impedância interna.

Eletrodos de vidro e de prata

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Alta Competência

As medições de potencial eletroquímico devem ser realizadas sempre com eletrodos de referência calibrados visando à conabilidade dos resultados. A vericação da adequabilidade de um eletrodo de referência para uma inspeção submarina, com o bathycorrometer , é realizada utilizando-se o seguinte material: • Bloco padrão, constituído de zinco puro ou anodo de zinco de acordo com a N-1732; • Voltímetro de alta impedância (10 MW) calibrado; • Eletrodo de calomelano saturado (ECS), aferido;

70

• Recipiente não metálico; Bathycorrometer , equipamento com voltímetro e eletrodo de

•

referência (Ag/AgCl) acoplados. Para o ensaio, são realizados os seguintes procedimentos: • Um entre três eletrodos de calomelano saturado é escolhido: o de melhor precisão, para ser utilizado como referência para medição; • O bathycorrometer , que deve estar com sua bateria carregada, deve ser imerso, em conjunto com o bloco padrão de zinco, em água do mar (ou água salgada com 3% em peso de NaCl) por um período de 1 hora antes das medições; • 10 minutos antes de terminar o tempo de ativação da semicélula de Ag/AgCl deve-se mergulhar a extremidade do eletrodo escolhido (ECS); • Deve-se, então, medir a diferença de potencial entre o ECS, conectado ao terminal negativo do multímetro e do bloco de zinco ligado ao terminal positivo (leitura A);

Capítulo 3. Proteção

• Em seguida, e após a completa desconexão da conguração anterior, efetuar a leitura do potencial eletroquímico do bloco de zinco diretamente com o bathycorrometer (leitura B); • A diferença entre o valor da leitura A e o da leitura B deve ser –5 ± 5mV. Assim:

B – A = -5 ± 5 mV  O teste da semicélula deve ser feito antes e após as medições de potencial para assegurar a conabilidade das medidas efetuadas; ImpOrTANTE!

As medições de potencial devem ser feitas antes de qualquer limpeza da superfície da estrutura, no ponto de contato. Isto para evitar mudança nas características de polarização da mesma. • Efetuar sempre duas medições, registrando sempre a de menor valor absoluto; • Em caso de discrepância superior a 10mV, refazer o teste do aparelho no campo e repetir as medições naquele mesmo ponto. 3.3.4. Problemas decorrentes da superproteção

Como na nossa vida, excesso ou escassez de cuidados pode causar problemas. Com a proteção catódica não é diferente. Como o próprio nome sugere, superproteção é o excesso de proteção que ocorre quando o casco da unidade adquire um potencial demasiadamente negativo.

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Alta Competência

A superproteção de um material metálico é ocasionada por densidade de corrente elevada, o que, dependendo da resistividade do eletrólito, nem sempre se caracteriza por potenciais estrutura/eletrólito de valores elevados. Neste particular, as experiências têm demonstrado que para o caso especíco de aço revestido, potenciais estrutura/solo elevados (quando não acompanhados por densidade de corrente elevada) não têm causado nenhum problema aos revestimentos. Por outro lado, baixos potenciais acompanhados de densidade de corrente elevada têm causado empolamento de revestimentos. Para estruturas de aço-carbono comum, sem revestimento, a superproteção não traz, a princípio, nenhum inconveniente a não ser gasto de energia desnecessário, consumo dos leitos de anodos e sobrecarga no sistema.

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No caso de estruturas de aço revestidas, aços de alta resistência e alguns metais anfóteros (metais que ora reagem como base, ora como ácido), a superproteção pode ser indesejável, porque: • Grande liberação de hidrogênio na superfície catódica pode causar o empolamento do revestimento e até mesmo a fragilização do aço; • Alcalinidade excessiva pode causar a corrosão catódica nos materiais anfóteros como o alumínio, zinco, chumbo e estanho.

Capítulo 3. Proteção

3.4. exrcíci 1) Preencha a segunda coluna de acordo com a primeira: Tipos de proteção ( A ) Proteção passiva (anódica) ( B ) Proteção catódica (galvânica) Proteção catódi(C) ca por corrente impressa

Características ( ) Neste processo, o uxo de corrente origina-se da voltagem de uma fonte geradora de corrente elétrica contínua. ( ) Visa aumentar o potencial do metal e conduzir a formação de uma película passiva. ( ) É eciente para estruturas sujeitas a correntes de interferência. ( ) Caracteriza-se pelo uxo de corrente elétrica fornecido,que origina-se da diferença de potencial natural existente entre o metal a proteger e o outro escolhido como anodo que tem o potencial mais negativo. ( ) Um dos processos prévios desse meio, consiste no tratamento da estrutura em uma solução altamente oxidante. ( ) Esse tipo de proteção possui ligas de magnésio, zinco ou alumínio, utilizados como anodos.

2) Assinale a alternativa que descreve como é vericado se uma determinada estrutura metálica marítima encontra-se protegida catodicamente na água do mar: ( ) medindo-se a temperatura próxima à sua superfície; ( ) observando-se a coloração da tinta; ( ) medindo-se a corrente no anodo; ( ) avaliando-se os potenciais eletroquímicos próximos a sua superfície em vários pontos.

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Alta Competência

3) Quais os metais mais utilizados para a confecção de anodos de sacrifício? _______________________________________________________________

4) Quais os tipos de eletrodos de referência mais aplicados em água salgada? _______________________________________________________________

5) Assinale a alternativa correta referente à “superproteção”: ( ) Pode provocar o empolamento da pintura e fragilizar determinados aços e ligas; ( ) Pode fragilizar apenas as ligas e fortalecer aços;

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( ) É uma técnica para dar uma sobrevida contra corrosão a uma estrutura de aço submersa; ( ) Sempre se caracteriza por potenciais estrutura/eletrólito de valores elevados; ( ) É sempre benéca a um sistema protegido catodicamente. 6) Complete as lacunas abaixo: Os limites da faixa de potenciais adotados para a proteção catódica em água do mar são ______________ relativos ao eletrodo de zinco, e -1000a -800 mV, relativos ao eletrodo de _______________. 7) Como se mede o potencial eletroquímico do casco de uma embarcação com um eletrodo de referência? ( ) O terminal positivo do voltímetro tem que ser conectado à estrutura metálica e o terminal negativo conectado ao condutor do eletrodo de referência. ( ) O eletrodo de referência deve ser posicionado o mais próximo possível do ponto do casco que se quer medir. ( ) O potencial obtido pode ser diferente em vários pontos do casco. ( ) Todas as respostas estão corretas.

Capítulo 3. Proteção

3.5. Glri Anótero - substância que se comporta como ácido ou base dependendo da outra substância reagente. Se a outra substância for uma base, a substância comportarse-á como ácido e vice-versa. Bathycorrometer  - semicélula prata/cloreto de prata (Ag/AgCl) utilizada por mergulhadores na medição de potencial eletroquímico.

Carepa - película de óxido de ferro que se forma na superfície do aço laminado a quente. É removida por ação do intemperismo ou pelo uso de determinados métodos de jateamento abrasivo. Corrente alternada (CA) - aquela em que a polaridade de seus terminais varia periodicamente ao longo do tempo, de forma que o campo elétrico aplicado ao condutor também mude periodicamente o sentido. Nos circuitos de CA, o sentido da corrente elétrica sofre inversões periódicas. Corrente contínua (CC) - aquela em que a polaridade de seus terminais não varia ao longo do tempo, de forma que o campo elétrico aplicado ao condutor tem sempre o mesmo sentido. Diodo ou tiristor - dispositivo ou componente eletrônico formado por cristal semicondutor de silício ou germânio que permite a circulação da corrente elétrica em apenas um sentido. Eletrodo de calomelano saturado - eletrodo responsável pelo efeito supressor dos potenciais de junção líquida proporcionado pela solução de cloreto de potássio saturada. Eletrodo de reerência - semicélula, ligada à solução em medição por uma membrana porosa (ponte salina), sendo capaz de, por meio de uma reação química conhecida em concentração bem denida, fornecer um potencial elétrico padrão para uma medida de diferença de potencial. Eletrodo de reerência calibrado - eletrodo com potencial constante, a concentração da espécie permanece inalterada durante toda a determinação. Eletrólito - toda substância que, dissociada ou ionizada, origina íons positivos (cátions) e íons negativos (ânions), pela adição de um solvente ou aquecimento. Desta forma, torna-se um condutor de eletricidade. Empolamento - aumento de “vazios” entre as partículas sólidas, causando um aumento do volume de um material durante a passagem do estado natural para o estado solto ao ser transportado. Estrutura/meio - estrutura é o que se pretende proteger dos agentes corrosivos e meio é o meio ambiente em que a estrutura se encontra exposta. Explotação - ação de explotar, extrair (proveito econômico) de alguma área, mormente no tocante a recursos naturais.

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Alta Competência

FEM - força eletromotriz. Leito de anodos - conjunto de anodos destinados à proteção contra a corrosão de uma estrutura. Oxidação - perda de elétrons ou o aumento do número de oxidação de um elemento. Oxidante - elemento ou a substância que provoca oxidações (ele próprio se reduzindo). Passivação - alteração no potencial de um eletrodo no sentido de menor atividade em decorrência da formação de uma película de produto de corrosão. Polarização anódica - mudanças no potencial, promovidas pelo uxo de corrente em direção a valores positivos. Potencial estático - potencial natural da estrutura antes de se aplicar um sistema de proteção catódica.

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Proteção anódica - técnica de proteção contra corrosão baseada na criação de uma película protetora de óxido na superfície do metal por conta do aumento do potencial eletroquímico. Set point - ponto de ajuste referente a um valor predeterminado.

Capítulo 3. Proteção

3.6. Bibligrafa MEDEIROS Edson Góis. Noções de proteção catódica . Sistema de Informação e Documentação Técnica (SINDOTEC). Documento: RL – 3000.00-5100-750-pls-001 – Petrobras. Rio de Janeiro: Agosto, 2003 (Revisão B).

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Alta Competência

3.7. Gabarit 1) Preencha a segunda coluna de acordo com a primeira: Tipos de proteção

Características

( A ) Proteção passiva ( C ) (anódica)

Neste processo, o uxo de corrente origina-se da voltagem de uma fonte geradora de corrente elétrica contínua.

( B ) Proteção catódica (galvânica) (A) ( C ) Proteção catódica por corrente ( C ) impressa

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Visa aumentar o potencial do metal e conduzir a formação de uma película passiva. É eciente para estruturas sujeitas a correntes de interferência.

(B)

Caracteriza-se pelo uxo de corrente elétrica fornecido,que origina-se da diferença de potencial natural existente entre o metal a proteger e o outro escolhido como anodo que tem o potencial mais negativo.

(A)

Um dos processos prévios desse meio, consiste no tratamento da estrutura em uma solução altamente oxidante.

(B)

Esse tipo de proteção possui ligas de magnésio, zinco ou alumínio, utilizados como anodos.

2) Assinale a alternativa que descreve como é vericado se uma determinada estrutura metálica marítima encontra-se protegida catodicamente na água do mar: ( ) medindo-se a temperatura próxima à sua superfície; ( ) observando-se a coloração da tinta; ( ) medindo-se a corrente no anodo; ( X ) avaliando-se os potenciais eletroquímicos próximos a sua superície em vários pontos.

3) Quais os metais mais utilizados para a confecção de anodos de sacrifício? Zinco, alumínio e magnésio.

4) Quais os tipos de eletrodos de referência mais aplicados em água salgada? Zinco e Ag/AgCl (prata/cloreto de prata).

Capítulo 3. Proteção

5) Assinale a alternativa correta referente à “superproteção”: ( X ) Pode provocar o empolamento da pintura e ragilizar determinados aços e ligas;

( ) Pode fragilizar apenas as ligas e fortalecer aços; ( ) É uma técnica para dar uma sobrevida contra corrosão a uma estrutura de aço submersa; ( ) Sempre se caracteriza por potenciais estrutura/eletrólito de valores elevados; ( ) É sempre benéca a um sistema protegido catodicamente. 6) Complete as lacunas abaixo: Os limites da faixa de potenciais adotados para a proteção catódica em água do mar são + 50a + 250 mV relativos ao eletrodo de zinco, e -1000a -800 mV, relativos ao eletrodo de Ag/AgCl. 7) Como se mede o potencial eletroquímico do casco de uma embarcação com um eletrodo de referência? ( ) O terminal positivo do voltímetro tem que ser conectado à estrutura metálica e o terminal negativo conectado ao condutor do eletrodo de referência. ( ) O eletrodo de referência deve ser posicionado o mais próximo possível do ponto do casco que se quer medir. ( ) O potencial obtido pode ser diferente em vários pontos do casco. ( X ) Todas as respostas estão corretas.

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   4   o PReáCIo    l   u    t    í   p   a    C

Pintura industrial

Ao nal desse capítulo, o treinando poderá: • Identicar a aplicabilidade das tintas industriais no processo de proteção contra a corrosão; • Identicar os tipos de tratamento e procedimentos especícos utilizados contra a corrosão.

Alta Competência

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Capítulo 4. Pintura industrial

4. Pintura industrial

A

pintura de objetos, artefatos, equipamentos, imóveis etc. é uma forma de proteção. Ela possibilita a expansão da vida útil do objeto pintado e, também, o seu bom funcionamento, principalmente, no que diz respeito aos equipamentos. Na área de extração de petróleo, a pintura industrial é um importante processo que minimiza a ação dos diversos agentes de corrosão e tem início no tratamento das superfícies a serem protegidas. São essas formas de tratamento de superfícies que veremos ao longo desse capítulo. A ilustração a seguir demonstra um exemplo de execução de uma pintura industrial. F   o n  t    e  :  h   t    t    p :   /    /   w w w .i    s   o r   e  l   .  c   o m .  b  r   /   i   m  g  s   /   f    o  t    o  _  s   e  r  v  i    c   o  s  .  j    p  g

Pintura industrial

4.1. Tratamento manual É o tratamento realizado com ferramentas manuais que são martelos, picadores, espátulas, escovas de aço, raspadores, lixas etc. É um tratamento bastante rudimentar, de baixíssimo rendimento e só recomendado quando a utilização de um método mais eciente não for possível por razões técnicas e econômicas.

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Alta Competência

Propõe-se apenas a remover camadas de óxidos pouco aderentes, defeitos superciais como respingos de soldagem etc. Não é adequado para a utilização de tintas que necessitem de um bom contato com o substrato como é o caso das tintas ricas em zinco que atuam pelo mecanismo de proteção catódica. É padronizado pela ISO 8501-1 como ST-2. As tintas a óleo ou óleo modicadas são indicadas para esse tipo de tratamento em virtude da boa molhabilidade das mesmas.

4.2. Tratamento mecânico

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É o tratamento realizado com ferramentas mecânicas e pneumáticas como escovas rotativas, lixadeiras rotativas, marteletes pneumáticos ou pistola de agulhas, picadores pneumáticos etc. Propõe-se, a exemplo do tratamento manual, a remover camadas de óxidos não aderentes da superfície metálica e defeitos superciais, porém com melhor qualidade. Também se constitui num tratamento rudimentar e de baixo rendimento e só deve ser usado quando não for possível se utilizar um método de tratamento mais eciente por razões técnicas e econômicas. Este tipo de tratamento está padronizado na ISO 8501-1 como ST-3. Atualmente, temos no mercado tintas que se comportam muito bem sobre tratamento mecânico com aderência satisfatória, como a N-2288, que é uma tinta epóxi contendo alumínio lamelar para diminuir a permeabilidade, além das tintas surace tolerant .

4.3. Tratamento com jato abrasivo É o tratamento que tem por nalidade a remoção da camada de óxidos da superfície metálica através do impacto de abrasivos impulsionados por pressão pneumática (ar comprimido). Os abrasivos mais utilizados são óxido de alumínio, óxido de alumínio comercial ou sinterball , granalha de aço e escória de cobre.

Capítulo 4. Pintura industrial

A partir da Portaria do Ministério do Trabalho e Emprego (MTE), n.º 99, de 19 de outubro de 2004, cou proibida a utilização de areia seca e úmida como abrasivo para jateamento. O motivo dessa proibição era o perigo constante de se contrair a silicose e a propensão de problemas pulmonares, estendendo essa determinação, antes restrita a alguns estados brasileiros, para todo o território nacional. O jateamento abrasivo pode ser executado, então, com materiais sintéticos que não possuam sílica livre na sua composição. O jateamento abrasivo em termos de qualidade é o processo que confere o melhor perl de rugosidade à superfície metálica que vai depender da granulometria do abrasivo utilizado, proporcionando uma boa ancoragem do revestimento aplicado. No entanto, os próprios abrasivos carreiam contaminantes para a superfície como sais e umidade, devendo esses ser controlados. É um processo em que se consegue alto rendimento. Os padrões de tratamento vão depender do rendimento utilizado. Os padrões de tratamento com  jateamento abrasivo são classicados em: •Jato ligeiro ou brush o  – é o tipo de jato indicado para

quebra de brilho de camada de tinta que tenha ultrapassado o intervalo de repintura para aplicação da demão posterior. Remove apenas 5% da camada de óxidos presente na superfície metálica, portanto não recomendado para aplicação da maioria dos esquemas de pintura. Consegue-se este padrão com ótimo rendimento, daí o nome jato ligeiro. Está padronizado pela norma ISO 8501-1 como SA1; • Jato comercial ou jato ao metal cinza – consegue-se com este  jato remover 50% da camada de óxidos do substrato metálico e o rendimento cai em relação ao jato ligeiro. É padronizado pela ISO 8501-1 como SA2; • Jato ao metal quase branco – consegue-se com este jato uma limpeza quase que completa da superfície metálica de cerca de 95% de remoção da camada de óxidos, sendo que os restantes 5% aparecem apenas como manchas de coloração mais escura evidenciando alguma presença de óxidos. É o tipo de jato mais utilizado e tem um bom rendimento. É padronizado pela norma ISO 8501-1 como SA2 1/2;

85

Alta Competência

• Jato ao metal branco – proporciona uma remoção completa da camada de óxidos da superfície metálica, sendo recomendado para utilização de esquemas de pintura de alto desempenho, principalmente na parte interna de equipamentos para armazenagem de uidos, pintura interna de tubulações, estruturas submersas ou enterradas, revestimentos especiais de alta espessura etc. Tem um bom rendimento. É padronizado pela norma ISO 8501-1 com o grau SA3.

4.4. Hidrojateamento com alta e ultra-alta pressão É um processo já bastante utilizado em outros países, principalmente na Europa, devido à rígida legislação ambiental que proíbe a utilização de abrasivos secos e produtos químicos. Consiste na utilização de um  jato de água doce pura a elevadas pressões que remove todas as impurezas através do impacto de encontro à superfície metálica.

86 Possui as seguintes características: • Tem como inconveniente não conferir perl de rugosidade ao aço, já que não utiliza abrasivos no processo, restabelecendo apenas o perl anteriormente conferido; • Presta-se a serviços de manutenção; • Apresenta ótimo rendimento, melhor que o do jateamento abrasivo; • O investimento inicial é alto para a aquisição do equipamento de hidrojateamento; • É elevado também o custo com a manutenção, em função da alta tecnologia envolvida. Esse custo se dilui ao longo do tempo pelo alto rendimento e a signicativa diminuição de pessoal envolvido. Seu custo global só é superior ao do jato abrasivo.

Capítulo 4. Pintura industrial

Os equipamentos de alta pressão trabalham de 10.000 a 30.000psi e os de ultra-alta pressão acima de 30.000psi, chegando a alcançar 45.000psi. A aparência da superfície após limpeza é diferente da do jato abrasivo, o que levou à elaboração de normas com padrões visuais especícos, tais como a norma americana NACE n.º 5/SSPCSP12 e a norma alemã STG 2222. Os padrões da norma NACE n.º 5/SSPC-SP12, que constam da norma Petrobras N-9, são os seguintes: • WJ-1 - A superfície deve estar livre de toda ferrugem, tinta, carepa de laminação e matéria estranha visíveis, previamente existentes, e apresentar um acabamento metálico fosco uniforme; • WJ-2 - A superfície deve estar limpa, apresentando um acabamento fosco, com pelo menos 95% da área livre de todos os resíduos visíveis, previamente existentes, e os 5% remanescentes contendo apenas, aleatoriamente, manchas dispersas de oxidação, tinta e matéria estranha; • WJ-3 - A superfície deve estar limpa, apresentando um acabamento fosco, com pelo menos 2/3 da área livre de todos os resíduos previamente existentes (exceto carepa de laminação) e o 1/3 remanescente contendo apenas, aleatoriamente, manchas dispersas de oxidação, tinta ou matéria estranha, previamente existentes; • WJ-4 - A superfície deve apresentar-se, uniformemente, livre de ferrugem, tintas e carepa de laminação não aderidas. Apesar de a própria energia cinética de impacto da água transformarse em energia caloríca aquecendo a superfície e contribuindo para o seu processo de secagem, pode iniciar-se após a limpeza um processo de oxidação supercial que pode evoluir ao longo do tempo, passando do grau leve para o pesado ou intenso.

87

Alta Competência

4.4.1. Graus de oxidação instantânea ou fash rust 

Os graus de oxidação instantânea ou fash rust , segundo norma NACE VIS 7/ SSPC - VIS 4, são: • Grau L - Oxidação instantânea ou fash rust leve Quando através de inspeção visual detecta-se uma pequena quantidade de oxidação descolorindo a superfície original na cor marrom clara sobre toda a superfície ou concentrado sob a forma de alguns painéis. Estes manchamentos deverão estar firmemente aderidos de tal forma que não marque objetos quando esfregados sobre eles. • Grau M - Oxidação instantânea ou fash rust moderado

88

Quando através de inspeção visual detecta-se uma leve oxidação na superfície metálica original de cor marrom clara obscurecendo-a. Tal camada pode estar uniformemente distribuída ou concentrada sob a forma de painéis, causando ligeiras marcas em um trapo esfregado levemente sobre a superfície. • Grau H - Oxidação instantânea intensa ou fash rust pesado (heavy ) Quando através de inspeção visual for detectada a presença de camada de oxidação intensa na cor marrom escuro que obscurecerá a superfície metálica original. Esta camada pode estar uniformemente distribuída ou em forma de painéis sobre a superfície, porém ela será pesada o bastante de forma a marcar objetos esfregados sobre ela.

Capítulo 4. Pintura industrial

Tabela com padrões de tratamento de superície

Norma ISO 8501-1

Norma SSPC

Norma PB

Norma NACE

Tratamento manual

B ST2 C ST2 D ST2

SP2

N-6

----------------

Tratamento mecânico

B ST3 C ST3 D ST3

SP3

N-6

----------------

Jato ligeiro ou brush off 

B SA1 C SA1 D SA1

SP7

N-9

----------------

Jato comercial ou ao metal cinza

B SA2 C SA2 D SA2

SP6

N-9

---------------

Jato ao metal quase branco

A SA2 ½ B SA2 ½ C SA2 ½ D SA2 ½

S P 10

N-9

----------------

Jato ao metal branco

A SA3 B SA3 C SA3 D SA3

SP5

N-9

---------------

A superfície uniformemente livre de ferrugem, tintas e carepa de laminação não aderidas.

---------------

S P 12

N-9

CWJ-4 DWJ-4

Hidrojateamento com pelo menos 2/3 da área da superfície livre de resíduos.

---------------

S P 12

N-9

C WJ-3 D WJ-3

Tipo de tratamento

89

Alta Competência

Tipo de tratamento

Norma ISO 8501-1

Norma SSPC

Norma PB

Norma NACE

Hidrojateamento com pelo menos 95% da área da superfície livre de resíduos.

---------------

S P 12

N-9

C WJ-2 D WJ-2

Hidrojateamento com a superfície do aço livre de toda ferrugem, tinta, carepa e qualquer material estranho.

---------------

S P 12

N-9

C WJ-1 D WJ-1

90 ImpOrTANTE!

A norma ISO 8501-1 não prevê tratamento abrasivo ligeiro nem jato comercial para substratos de aço cujo grau de intemperismo é A.

4.5. Equipamentos de preparação de superície As ferramentas para tratamento manual e mecânico são bastante simples. O equipamento mais complexo é o compressor, normalmente com capacidade de vazão de ar 750PCM (pés cúbicos/min), que fornece ar comprimido para as ferramentas pneumáticas. No entanto, cada trabalhador deverá estar devidamente protegido com EPIs adequados, principalmente óculos de segurança para se proteger dos riscos na emissão de fagulhas (especialmente quando utilizar pistolas de agulhas e picadores pneumáticos), protetores auriculares, luvas de raspa de couro, botas de couro e sempre cintos de segurança quando trabalharem em alturas maiores que 2 metros.

Capítulo 4. Pintura industrial

 C   o r   t    e   s  i    a   d   a  V   a  n  t    e   c  h  2   0   0  7 

Hidrojateamento de um feixe de tubos

Os equipamentos para jateamento abrasivo e hidrojateamento são mais complexos e requerem um melhor treinamento do pessoal envolvido tanto da parte técnica quanto da parte de segurança. 4.5.1. Equipamentos de preparação de superície por jateamento abrasivo

Os equipamentos de jateamento abrasivo constituem-se de: •Compressor; •Separador de umidade; •Filtro de óleo; •Vaso de pressão; •Válvula de mistura ar-abrasivo; •Sistemas de controle remoto; •Mangueiras; •Bicos; •Abrasivos.

O compressor geralmente utilizado é de 750PCM e fornece pressão

91

Alta Competência

de ar de 7Kg/cm² (100psi) no bico de jato e vazão de ar compatível com o tamanho do bico e porte do vaso utilizado. Todo o ar utilizado, tanto na mistura ar-abrasivo como o ar mandado para o capacete do jatista, deve ser isento de umidade e óleo. Para tanto, devem ser instalados na linha separadores de umidade e ltros separadores de óleo. O vaso de pressão deve ser de duplo compartimento e possuir válvula de segurança e uma válvula automática para enchimento. A válvula de mistura ar-abrasivo deve ser de características compatíveis com o equipamento. O sistema de controle remoto vai permitir o acionamento e paralisação do uxo por parte do jatista. As mangueiras canalizam o ar comprimido e a mistura ar-abrasivo até o bico. Os bicos utilizados são de dois tipos: reto e venturi e confeccionados em vários materiais. Os bicos tipo venturi  são mais ecientes do que os retos devido ao fato de possuir uma área interna projetada de forma a utilizar todo o potencial do jato com alto impacto na superfície.

92

Principais materiais utilizados na confecção dos bicos: •Cerâmica - é o de menor vida útil, de 02 a 03 horas; •Cerro undido - vida útil de 06 a 10 horas; •Carbeto de tungstênio (TuC) - vida útil de 250 a 400 horas; •Carbeto de boro (BoC) - vida útil de 800 a 1.000 horas.

O hidrojateamento à alta e ultra-alta pressão (hydroblasting) utiliza uma bomba alternativa triplex acionada por motor a diesel ou elétrico.

Bomba alternativa triplex - Catálogo da Lemasa 2007

Capítulo 4. Pintura industrial

As gaxetas, selos mecânicos, válvulas e bicos são fabricados em material especial para resistência à abrasão devido às altas pressões envolvidas. Os selos mecânicos têm vida média de 300 a 400 horas, a válvula 1.500 horas e o bico é fabricado em sara (diamante industrial). As mangueiras são projetadas para resistirem à alta pressão de água 1,5 vezes a pressão máxima de trabalho. O equipamento utiliza água doce à pressão e vazão que depende do tipo de equipamento. Quanto maior a pressão, menor o consumo de água ou vazão utilizada. A unidade de bombeio ainda possui um sistema de microltragem que elimina partículas sólidas menores e controla a resistividade da água através da eliminação de sais até um limite permissível pelo sistema. Essa purificação excessiva da água se justifica por dois motivos principais: 1. A preocupação em não haver entupimento das mangueiras e do bico de jateamento; 2. A qualidade na limpeza da superfície metálica. A preocupação com a segurança deve ser observada tanto no  jateamento abrasivo quanto no hidrojateamento.

4.6. Seleção dos esquemas de pintura Os esquemas de pintura são especicados de forma a atender determinadas exigências técnicas de desempenho durante a vida útil dos equipamentos e instalações no ambiente especíco em que se encontram e são compostos de: •Preparação de superície: descrevendo como será efetuado o

tratamento de superfície, o padrão de tratamento e o perl de rugosidade; •Tintas de undo: tipo, especicação, espessura por demão, número

de demãos, intervalo entre demãos, método de aplicação;

93

Alta Competência

•Tintas de acabamento: tipo, especicação, espessura por demão,

número de demãos, intervalo entre demãos, método de aplicação e cor.

4.7. Fatores que orientam a seleção Para a determinação de um esquema de pintura, diversos fatores devem ser levados em conta. Primeiramente, deve-se avaliar o nível de agressividade do ambiente corrosivo em que se encontram os equipamentos ou instalações a ser pintados. Eles podem estar situados em ambientes altamente agressivos, medianamente agressivos, de pouca agressividade, em superfícies quentes, em imersão etc. Outro fator a ser considerado é o regime operacional do equipamento, ou seja, serviço ininterrupto, pressão de operação, temperatura de funcionamento, vibrações etc.

94 Deve ser considerado o local especíco em que o mesmo é instalado. Caso se trate de um local de difícil acesso, para a realização de manutenção, recomenda-se a utilização de um esquema mais nobre, com o objetivo de se prolongar o intervalo entre intervenções. Caso se trate de um local onde haja presença de danos mecânicos consideráveis, deve ser realizado um esquema convencional e uma manutenção mais freqüente.

ATENÇÃO Caso se trate de locais onde haja constante movimentação e arraste de cargas pesadas, como pisos de conveses, praça de máquinas, passadiço, recomenda-se a utilização de tintas convencionais resistentes à abrasão.

Capítulo 4. Pintura industrial

4.8. Esquemas para imersão Esquemas para imersão são esquemas de pintura recomendados para equipamentos que estarão submetidos à imersão permanente nos uidos especicados. Abrangem o tratamento de superfície e as tintas utilizadas, em função da sua resistência química e física ao ambiente em questão. 4.8.1. Imersão em água salgada

Procedimentos: •Preparo de superfície: jato ao metal branco SA3; •Aplicação de tinta de fundo: tintas com veículos nobres (epóxi) com

pigmentos inibidores (zarcão, cromato de zinco, fosfato de zinco etc.) misturados com pigmentos inertes, normalmente lamelares, como o alumínio lamelar, o óxido de ferro micáceo ou escamas de vidro; •Aplicação de tinta de acabamento: esmaltes de tintas com veículos

nobres (epóxi curadas com amida, poliuretanas etc.); •Espessura total desejável da película: 300µm mínima.

Tradicionalmente, era comum a aplicação de revestimento único com epóxi alcatrão de hulha. Devido à sua elevada toxidez durante a aplicação e à dificuldade na inspeção estão sendo utilizadas tintas epóxi sem solvente, curadas com amina, aplicadas à airless em cores claras. Como alternativa, pode-se utilizar duas demãos de tinta epóxi, sem solvente, curadas com amina aplicadas à airless em cores claras, também para água potável. Em pinturas de manutenção, no caso de retoques de pequenas áreas é permitida a preparação de superfície através de tratamento mecânico utilizando pistolas de agulhas, até o grau ST3 da norma ISO 8501-1. Nesse caso, a tinta de fundo a ser utilizada terá de ser  surace tolerant . Na prática, utilizam-se tintas à base de resina epóxi pigmentadas com alumínio lamelar com espessura de película seca em torno de 120µm sobre estes tra tamentos.

95

Alta Competência

4.8.2. Imersão em água doce não-potável

Procedimentos: •Preparo de superfície: jateamento ao metal branco SA3; •Aplicação de tinta de fundo: tintas com veículos epóxi, com pigmento

inibidor (zarcão, fosfato de zinco, cromato de zinco etc.), misturadas com pigmentos inertes, normalmente lamelares, como óxido de ferro micáceo, alumínio lamelar ou escamas de vidro; •Aplicação de tinta de acabamento: esmaltes de tintas epóxi curada

com amida; •Espessura total desejável de película: 160µm, mínima.

96

4.8.3. Imersão em derivados de petróleo e produtos químicos

Procedimentos: •Preparo de superfície: jato ao metal branco SA3; •Aplicação de tinta de fundo: tintas com veículos epóxi com pigmentos

inibidores (zarcão, fosfato de zinco, cromato de zinco etc.) misturados com pigmentos inertes, normalmente lamelares, como o óxido de ferro micáceo, alumínio lamelar ou escamas de vidro; •Aplicação de tinta de acabamento: esmaltes de tintas epóxi curados

com amina; •Espessura desejável de película: 130µm, mínima.

4.9. Esquemas para superícies quentes São esquemas compostos pelo preparo de superfície e pintura, mais recomendada para ambientes submetidos à faixa de temperaturas determinadas.

Capítulo 4. Pintura industrial

4.9.1. Superícies quentes na aixa de 80 a 120°C

Nesta faixa de temperatura ainda podem ser usadas tintas orgânicas. São utilizadas principalmente resinas epóxi e fenólicas pigmentadas com alumínio. São tintas que atuam no combate à corrosão eletroquímica. Procedimentos: •Preparo de superfície: jateamento ao metal branco SA3 ou

 jateamento ao metal quase branco SA2 ½; •Aplicação de tinta de fundo: tintas com veículos epóxi ou fenólicos

com pigmentos inibidores (zarcão, cromato de zinco, fosfato de zinco etc.) misturados normalmente com pigmentos inertes, como o óxido de ferro micáceo e alumínio lamelar; •Aplicação de tintas de acabamento: esmaltes de tintas epóxi ou

fenólicos pigmentados com alumínio; •Espessura mínima total desejável da película: 120µm.

Um bom exemplo são as tubulações contendo água produzida emanada de poço de petróleo. 4.9.2. Superícies quentes de 120 a 500°C

Procedimentos: •Preparo de superfície: jato ao metal branco SA3 ou jato ao metal

quase branco SA2 ½; •O esquema mais recomendável é a utilização de um revestimento

único de etil silicato de zinco e alumínio, devido à elevada resistência do etil silicato ao calor e o acabamento já na cor alumínio, geralmente padronizada para superfícies quentes; •Espessura total desejável mínima: 100µm.

97

Alta Competência

Um bom exemplo são as partes baixas de flare de plataformas e caldeiras. 4.9.3. Superícies quentes acima de 500°C

Nesta faixa de temperatura, sobretudo acima de 600°C, a única tinta recomendada é o silicato inorgânico de zinco que irá combater a corrosão química. Procedimentos: •Preparo de superfície: jato ao metal branco SA3; •Aplicação de 2 demãos de silicato inorgânico de zinco de 45µm de

espessura seca por demão.

98

Um bom exemplo são os topos de are e fornos. 4.9.4. Tinta tolerante a superícies molhadas (Norma Petrobras N-2680)

A tinta epóxi, aplicada sem solventes, é tolerante a superfícies molhadas. É fornecida em dois recipientes: um contém a resina epóxi (componente A) e o outro contém o agente de cura à base de poliamina (componente B). Características principais: •Pode ser aplicada sobre superfícies secas, com umidade residual e

superfícies molhadas, em ambientes sem restrições à umidade relativa do ar e ao ponto de orvalho; •A tinta epóxi, sem solventes, tolerante a superfícies molhadas, não

deve ser diluída; •A mistura dos componentes deve ser feita na proporção adequada

recomendada pelo fabricante da tinta;

Capítulo 4. Pintura industrial

•A tinta deve ser capaz de curar completamente em 7 dias, sob

temperaturas em torno de 25°C. Como exemplo de superfícies molhadas, podemos citar: tubulações de gás condensadas, ambientes com URA (Umidade Relativa do AR) de até 100%, tubulações e equipamentos que operam abaixo do ponto de orvalho e equipamentos, estruturas, pisos, tratados por hidrojateamento à ultra-alta pressão.

4.10. Procedimentos de esquemas de pintura São esquemas compostos pelo preparo de superfície e pintura, mais recomendada para atmosferas agressivas, superfícies galvanizadas e determinados equipamentos e instalações. 4.10.1. Esquemas para atmoseras altamente agressivas

Procedimentos: •Preparo de superfície: jato ao metal branco SA3; •Aplicação de tinta de fundo: tintas com veículos nobres (epóxi,

silicato inorgânico e etil silicato) com pigmentos inibidores (zarcão, cromato de zinco e fosfato de zinco) ou com pigmentos protetores, especialmente o zinco. No caso os pigmentos inibidores, podem ser misturados com pigmentos inertes, normalmente lamelares, como o óxido de ferro micáceo, o alumínio lamelar ou escamas de vidro; •Aplicação de tinta de acabamento: esmaltes de tintas com veículo

nobre (epóxi e poliuretana); •Espessura total mínima desejável: 250µm.

Um exemplo de atmosferas altamente agressivas são os locais próximos à orla marítima (até 500m), indústrias petroquímicas, de papel e celulose etc.

99

Alta Competência

4.10.2. Esquemas para atmoseras medianamente agressivas

Procedimentos: •Preparo de superfície: jato ao metal quase branco SA2 ½; •Aplicação de tinta de fundo: óxido de ferro epóxi, cromato de zinco

epóxi ou fosfato de zinco epóxi; •Aplicação de tinta de acabamento: esmalte acrílico, esmalte fenólico

pigmentado em alumínio e esmalte alquídico; •Espessura total desejável da película: 160µm.

100

Um exemplo de atmosferas medianamente agressivas são os locais afastados da orla marítima a mais de 500m, até onde a névoa salina possa alcançar indústrias razoavelmente desenvolvidas, cidades de porte médio. 4.10.3. Esquemas para atmoseras pouco agressivas

Procedimentos: •Preparo de superfície: jato comercial SA2; •Aplicação de tinta de fundo: tintas com veículo convencional (óleos

secativos, alcatrões de hulha, alquídicas e fenólicas óleo modicadas) com pigmentos inibidores (zarcão, cromato de zinco, fosfato de zinco etc.) misturados com pigmentos inertes, normalmente lamelares, como o óxido de ferro micáceo; •Aplicação de tinta de acabamento: esmaltes de tintas com veículo

convencional (óleos secativos, alquídicas e fenólicas modicadas com óleos); •Espessura total desejável da película: 120µm.

Um exemplo é o ambiente rural e seco do interior de Minas Gerais.

Capítulo 4. Pintura industrial

4.10.4. Esquemas para superícies galvanizadas

Procedimentos: •Preparo da superfície: limpeza com solvente, jato abrasivo ligeiro

SA1 ou lixamento; •Aplicação de tinta de alta aderência: (wash primer  ou epóxi

isocianato). Aplicar logo após o preparo da superfície; •Aplicação do esquema de pintura: Sobre a tinta de alta aderência

pode-se aplicar diretamente a tinta de acabamento de acordo com o nível de agressividade do ambiente, dispensando-se tinta de fundo e intermediária. Temos como exemplos de superfícies galvanizadas as tubulações, chapas, pers, acessórios, parafusos, porcas, suportes, submetidos à proteção anticorrosiva com revestimento metálico à base de Zn (zinco), por processo de imersão a quente ou por deposição eletrolítica. 4.10.5. Esquemas especícos

Na Petrobras, existem normas especícas para pintura de determinados equipamentos e instalações, como listadas a seguir: • Pintura Externa de Tanque N-1205; • Pintura Interna de Tanques N-1201; • Pintura de Embarcações N-1192; • Pintura de Plataformas de Exploração e Produção N-1374; • Pintura de Esfera e Cilindro para Armazenamento de Gás Liquefeito Derivado de Petróleo e Amônia N-1375; • Pintura de Tubulação em Instalações Terrestres N-442;

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Alta Competência

• Pintura de Equipamento Industrial N-2; • Pintura de Monobóias N-1019; • Pintura Estrutura Metálica N-1550; • Pintura de Máquinas, Equipamentos Elétricos e Instrumentos N-1735. Nestas normas de procedimento, denem-se não somente as partes a pintar como os esquemas de pintura recomendados levando-se em conta, dentre outros fatores, a agressividade do ambiente e os parâmetros operacionais dos equipamentos.

102

Capítulo 4. Pintura industrial

4.11. exrcíci 1) Relacione a primeira coluna de acordo com as características da segunda. Tipos de tratamento ( A ) Tratamento

Manual

( B ) Tratamento mecânico

( C ) Tratamento com  jato abrasivo

( D ) Hidrojateamento com alta e ultra-alta pressão

Características ( ) É o tratamento de melhor qualidade no que diz respeito ao perl de rugosidade à superfície metálica, proporcionando uma boa ancoragem do revestimento aplicado. ( ) Remove camadas de óxidos não aderentes da superfície metálica e defeitos superciais, porém, com uma qualidade melhor que no tratamento manual. ( ) Apresenta um rendimento melhor que o  jateamento abrasivo. ( ) É um tratamento realizado com escovas rotativas, lixadeiras rotativas, marteletes pneumáticos ou pistola de agulhas, picadores pneumáticos etc. ( ) Não é adequado para a utilização de tintas que necessitem de um bom contato com o substrato como é o caso das tintas ricas em zinco que atuam pelo mecanismo de proteção catódica. ( ) A partir da portaria do Ministério do Trabalho e Emprego (MTE), nº99, de 19 de outubro de 2004, cou proibida a utilização de areia seca ou úmida como parte desse tratamento. ( ) Consiste na utilização de água doce e pura a elevadas pressões que remove todas as impurezas através do impacto de encontro à superfície metálica. ( ) É um tratamento bastante rudimentar, que utiliza martelos, picadores, espátulas, escova de aço, raspadores, lixas etc.

103

Alta Competência

2) No tratamento mecânico, é atingido que padrão de limpeza? ( ) AST3 ( ) AST2 ( ) CST3 ( ) SAT2 3) Qual a nalidade do preparo de superfícies antes da pintura? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________

4) Qual a tinta utilizada sobre substratos galvanizados? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________

104

5) Qual das tintas de acabamento apresenta melhor desempenho na pintura de equipamentos junto à orla marítima? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________

6) Qual das tintas abaixo tem sua temperatura de utilização limitada a 120ºC? ( ) Alquídica modicada ( ) Silicone ( ) Etil-silicato ( ) Epóxi

Capítulo 4. Pintura industrial

4.12. Glri Agente de cura - agente endurecedor, reticulante, com função de solidicar a tinta.  Airless - método de aplicação de tintas por pulverização, que utiliza uma bomba com pressão da ordem de 350Kg/cm2 (5.000PSI), recomendada para aplicação de tintas com altos sólidos e alta espessura por demão.

Alquídico - resinas formadas por poliéster, matéria prima para fabricação de compósitos de bra de vidro. Em tintas são usadas modicadas com óleo formando as tintas de esmalte sintético, para ambientes de baixa agressividade. Requerem uma limpeza de substrato médio, tipo jato abrasivo comercial SA2. São sujeitas ao defeito de saponicação e resistem à temperatura de até 80ºC. Forma película por oxidação e evaporação de solventes. Alumínio lamelar - alumínio utilizado como pigmento em forma de placas nas tintas, para proteção do substrato por barreira ou retardamento do movimento iônico. Amina - agente de cura de tinta epóxi que apresenta excelente resistência a ácidos, álcalis e solventes e menor tempo de secagem. Classe de compostos químicos orgânicos e nitrogenados derivados do amoníaco (NH3), resultantes da substituição parcial ou total dos hidrogênios da molécula por grupos hidrocarbônicos. Bomba alternativa triplex - bomba com 3 pistões ou êmbolos, que aplicam força diretamente no líquido. Carepa - película de óxido de ferro que se forma na superfície do aço laminado a quente. É removida por ação do intemperismo ou pelo uso de determinados métodos de jateamento abrasivo. Escória de cobre - abrasivo constituído basicamente de 43 a 57% de óxido ferroso (FeO), 30 a 34% de sílica (SiO2), 3 a 7% de alumina (Al2O3), 1 a 2% de óxido de cálcio (CaO), 1 a 2% de óxido de zinco (ZnO), 0,7 a 1,5% de óxido de magnésio (MgO), 0,7 a 1,4% de óxido de cobre (Cu2O) e 0,4 a 0,8 de enxofre (S). É o mais barato dos abrasivos derivado de processos industriais. Recomenda-se a utilização apenas da escória de formato angular. Gera bastante poeira em suspensão. É reciclado em geral até 04 vezes. Escória da produção de cobre. Ferro micáceo - óxido de ferro com formato lamelar e função de barreira na composição da tinta. Flash rust  - oxidação supercial instantânea que se forma na superfície metálica, quando se utiliza sobre ela tratamentos de superfície utilizando água. Temos como exemplo o hidrojateamento à ultra-alta pressão. Seu estágio pode evoluir do padrão leve até o pesado, passando pelo moderado.

Gaxeta - junta utilizada entre duas superfícies metálicas, com o objetivo de vedar a  junção contra vazamentos de gases e líquidos.

105

Alta Competência

Granalha de aço - abrasivo constituído basicamente de Fe com adição de 0,9% de C, 0,9% de Si, 0,9% de Mn, 0,03% de P e 0,03% S. A granalha usada no  jateamento para pintura é a angular denominada por grit . É sensível à umidade sobrecarregando o compressor devido ao aumento de peso com a incorporação de umidade e oxidando o substrato, além da mesma já ter um peso especíco elevado. Em compensação forma pouca poeira devido à rápida decantação. Consegue-se reciclá-la de 10 a 12 vezes com a utilização em ambiente fechado. Granulometria - divisão controlada de grãos ou grânulos de diâmetros diversos. ISO - International Organization Standardization - Organização Internacional para Padronização congrega as associações de padronização/normalização de 158 países. Essa associação, fundada em 1947, aprova normas tecnicas de diferentes campos.

Lamelar - pigmento lamelar. É o pigmento em forma de placas utilizado nas tintas com a nalidade de proteger a superfície metálica por barreira, impedindo ou retardando a penetração do agente agressivo, promovendo o efeito labirinto.

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Molhabilidade - designada também por molhamento. Propriedade de uma tinta de umectar uma superfície, quando ainda líquida, devido a sua baixa tensão supercial. Tendência de um líquido espalhar-se sobre uma superfície e é medida pelo ângulo de contato entre o líquido e a superfície. Quanto menor o ângulo de contato, maior é a facilidade do líquido em se espalhar na superfície e, portanto, maior é a energia supercial do substrato. Oxidação - perda de elétrons ou o aumento do número de oxidação de um elemento. Perl de rugosidade - formato da superfície metálica, mais apropriado à aderência de um primer a ser aplicado. É formado através da utilização de jateamento abrasivo. Também chamado de perl de ancoragem. Pigmento inerte - pigmento que não possui uma função especíca na tinta como os pigmentos tintoriais e anticorrosivos. Um bom exemplo são as cargas. Psi - unidade de medida de pressão corresponde à libra/polegada quadrada. Revestimento especial - revestimento utilizado com uma função especíca na proteção anticorrosiva. Um bom exemplo é o revestimento para alta temperatura, revestimento para regiões críticas, revestimento para equipamentos de processo etc. Rejunte colorido. SA1 - grau de jateamento abrasivo para jato ligeiro ou brush o . SA2 - grau de jateamento abrasivo para jato comercial ou jato ao metal cinza. SA2 ½ - grau de jateamento abrasivo para jato ao metal quase branco. SA3 - grau de jateamento abrasivo para jato ao metal branco. Silicose - doença respiratória causada pela inalação de poeira de metalurgia, indústria química, de borracha, cerâmicas, sílica e vidros.

Capítulo 4. Pintura industrial

Sinterball  - também chamado de óxido de alumínio comercial. É uma bauxita calcinada à alta temperatura. Constituída quimicamente de 78% de alumina Al2O3, 13% de óxido férrico Fe2O3, 4% de sílica SiO2, 2% de óxido de titânio TiO e pequenas porcentagens de óxidos de cálcio, magnésio, potássio e sódio. Os trabalhos de  jateamento com este abrasivo são efetuados em ambientes connados sejam em cabines de jateamento ou mesmo no interior dos equipamentos devido à possibilidade de reciclagem do material. Normalmente só é reciclado 02 vezes. É bem mais barato que o óxido de alumínio, um pouco mais barato que a granalha de aço e bem mais caro que a escória de cobre. A visibilidade do jatista não é muito boa devido à grande quantidade de poeira em suspensão. Devido a isso são instalados exaustores em cabines para remoção do pó. Óxido de alumínio sintetizado, disponível em granulometrias, com característica abrasiva e de alta resistência. Produto inerte e sem contaminação metálica, sendo utilizado principalmente no jateamento para limpeza e preparação de superfícies em geral. ST-3 - grau de tratamento mecânico. Surace tolerant  - tinta ou revestimento tolerante ao tipo de tratamento de superfície utilizado. Um bom exemplo são as tintas para superfícies não jateadas, tintas para superfícies hidrojateadas etc. Tipo de tinta de revestimento epóxi curado com poliamina. Resistente à água salgada/doce, petróleo e à abrasão. Utilizado para aplicações em superfícies úmidas ou secas, com propriedades anticorrosivas, resistência química e a impacto.

URA - Umidade Relativa do AR.

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Alta Competência

4.13. Bibligrafa CORDEIRO, Aldo Dutra e NUNES, Laerce de Paula. Proteção Catódica . Rio de Janeiro: Editora Interciência, 1999. GENTIL, Vicente. Corrosão . Rio de Janeiro: Editora LTC, 1996. NUNES, Laerce de Paula e LOBO, Alfredo Carlos Órphão. Pintura Industrial na Proteção Anticorrosiva . Rio de Janeiro: Editora Interciência, 2007. NUNES, Ney Vieira. Pintura Industrial Aplicada . Rio de Janeiro: Maity Comunicação e Editora, 1990. QUINTELA, Joaquim Pereira e VIEIRA, Gérson Viana. Comunicações Técnicas do CENPES. (CENPES/PDP/TMEC). Rio de Janeiro, 2008.

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Capítulo 4. Pintura industrial

4.14. Gabarit 1) Relacione a primeira coluna de acordo com as características da segunda. Tipos de tratamento ( A ) Tratamento Manual ( B ) Tratamento mecânico ( C ) Tratamento com  jato abrasivo ( D ) Hidrojateamento com alta e ultra-alta pressão

Características ( C ) É o tratamento de melhor qualidade no que diz respeito ao perl de rugosidade à superfície metálica, proporcionando uma boa ancoragem do revestimento aplicado. ( B ) Remove camadas de óxidos não aderentes da superfície metálica e defeitos superciais, porém, com uma qualidade melhor que no tratamento manual. ( D ) Apresenta um rendimento melhor que o  jateamento abrasivo. ( C ) É um tratamento realizado com escovas rotativas, lixadeiras rotativas, marteletes pneumáticos ou pistola de agulhas, picadores pneumáticos etc. ( B ) Não é adequado para a utilização de tintas que necessitem de um bom contato com o substrato como é o caso das tintas ricas em zinco que atuam pelo mecanismo de proteção catódica. ( C ) A partir da portaria do Ministério do Trabalho e Emprego (MTE), nº99, de 19 de outubro de 2004, cou proibida a utilização de areia seca ou úmida como parte desse tratamento. ( D ) Consiste na utilização de água doce e pura a elevadas pressões que remove todas as impurezas através do impacto de encontro à superfície metálica. ( A ) É um tratamento bastante rudimentar, que utiliza martelos, picadores, espátulas, escova de aço, raspadores, lixas etc.

2) No tratamento mecânico, é atingido que padrão de limpeza? ( ) AST3 ( ) AST2 ( X ) CST3

( ) SAT2

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Alta Competência

3) Qual a nalidade do preparo de superfícies antes da pintura? Garantir a adesão do revestimento por pintura.

4) Qual a tinta utilizada sobre substratos galvanizados? Epóxi isocianato.

5) Qual das tintas de acabamento apresenta melhor desempenho na pintura de equipamentos junto à orla marítima? Epóxi. A orla marítima é considerada atmosera altamente agressiva, logo, a mais adequada é a Epóxi.

6) Qual das tintas abaixo tem sua temperatura de utilização limitada a 120ºC? ( ) Alquídica modicada ( ) Silicone ( ) Etil-silicato ( X ) Epóxi

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   5   o PReáCIo    l   u    t    í   p   a    C

Processos incrustantes

Ao nal desse capítulo, o treinando poderá: • Identicar a relação existente entre os processos incrustantes e a corrosão; • Identicar os principais mecanismos envolvidos nos processos incrustantes e as medidas de prevenção e controle dos mesmos.

Alta Competência

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Capítulo 5. Processos incrustantes

5. Processos incrustantes

A

deposição e o acúmulo de materiais não desejados, como: produtos de corrosão, microorganismos, partículas inorgânicas e macromoléculas, nas superfícies dos equipamentos de transferência de calor, caracterizam o fenômeno chamado incrustação. Nas indústrias a incrustação é uma das maiores incertezas associadas com a operação e manutenção de equipamentos. Uma vez em operação, o processo da incrustação é iniciado afetando consideravelmente a performance térmica e hidráulica dos sistemas. Sais, pouco solúveis em água, como carbonato de cálcio, podem precipitar na superfície dos equipamentos e tubulações em função de fatores químicos (concentração dos mesmos na água) ou físicos (por exemplo, em função da temperatura). Os sais precipitados se tornam um depósito através do crescimento dos cristais. A incrustação apresenta-se sob a forma de uma camada não uniforme de sais, óxidos e hidróxidos sobre a superfície metálica. Essa deposição irregular pode gerar o processo de corrosão devido à diferença de potencial eletroquímico (fenômeno de corrosão localizada) ou pelo superaquecimento do metal uma vez que a incrustação aumenta a temperatura do metal devido à diminuição da condutividade térmica. A solubilidade de um sal, de maneira geral, ocorre em função de fatores como a temperatura e pressão.

5.1. Mecanismos de incrustação Mudanças termodinâmicas na fase aquosa deslocam o equilíbrio químico no sentido de formação de sais inorgânicos insolúveis. Estas espécies insolúveis podem se formar no reservatório, poço, árvore de natal molhada, linhas exíveis e equipamentos de superfície. As incrustações geralmente observadas nos campos de petróleo são do tipo carbonato de cálcio (CaCO3), sulfato de cálcio (CaSO4), sulfato de estrôncio (SrSO4) e sulfato de bário (BaSO4).

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Alta Competência

Um dos principais causadores da incrustação é a mistura de águas incompatíveis. A precipitação de sais, principalmente os menos solúveis, como sulfato de bário, cálcio e estrôncio, carbonato de cálcio e outros, decorre do fato de que tais sais se encontram em concentrações superiores ao seu limite de solubilidade na solução. Isso torna a solução supersaturada gerando assim as incrustações ( scale ), que ocorrem em tubulações e equipamentos. A supersaturação de uma solução, além de sofrer inuências das variações de pressão, temperatura, pH e agitação, pode ser determinada por fatores como evaporação, concentração e misturas de águas incompatíveis. Os fatores que mais inuenciam na formação de incrustação são:

114 •Supersaturação da solução

A supersaturação é a primeira causa da deposição de  scale. Uma solução supersaturada é aquela que contém uma quantidade de soluto dissolvido, maior que a da respectiva solução saturada (contém a máxima quantidade de soluto dissolvido, em dadas condições) nas mesmas condições de temperatura, pressão, agitação etc. Além da pressão, temperatura, pH e agitação, contribuem para a supersaturação de uma solução fatores como evaporação, concentração e misturas de águas incompatíveis. A supersaturação ocorre devido ao fato de cristais microscópicos, que geralmente precipitam primeiro, apresentarem uma solubilidade maior do que as partículas maiores do mesmo cristal. Isso evita o processo de cristalização para dadas condições de equilíbrio do sistema.

Capítulo 5. Processos incrustantes

•Nucleação

Além da supersaturação de uma solução, para ocorrer precipitação de sais, outros fatores como nucleação e tempo de contato inuem na formação da incrustação. A nucleação é a formação inicial do precipitado que pode ocorrer causado por inuência de agitação, parede de tubos especialmente corroídas, microrganismos, bolhas de gás, partículas em suspensão, dentre outras. Depois de uma solução tornar-se supersaturada e ter ocorrido nucleação, é necessário que seja decorrido um tempo de contato entre a solução e as superfícies de um tubo, por exemplo. Geralmente, quanto maior o tempo de contato de uma superfície com solução formadora de  scale, mais provável é a formação de scale, cujo tempo de formação depende de vários fatores como o grau de supersaturação, o tipo de material que forma o scale, temperatura, pressão, agitação e outros. •Crescimento de cristais e adesão

O crescimento dos cristais se dá por interações entre íons ou moléculas levando à formação de um aglomerado, que representa a partícula estável de menor raio. Esta etapa tem a denominação de nucleação. Com a formação de um núcleo estável, há deposição de material sobre estes ocorrendo então o processo de crescimento de cristal. Um aumento gradual da concentração de uma solução, mesmo excedendo o limite de solubilidade, somente acarretará na formação de uma nova fase quando um grau mínimo de supersaturação for atingido, grau este responsável pela formação do primeiro núcleo estável. As etapas de formação da incrustação bem como as variáveis que influenciam este fenômeno podem ser definidas da seguinte maneira:

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Alta Competência

Íons em solução Tempo Supersaturação

pH Pressão Temperatura

Nucleação

Tamanho de partícula Agitação

Crescimento dos cristais

Temperatura Velocidade de uxo Composição

Incrustação (Scale)

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Superfície

Etapas de formação do processo incrustante e as respectivas variáveis que o inuenciam

ImpOrTANTE!

Principais mecanismos responsáveis pelo problema da incrustação: •Sedimentaçãodesólidosemsuspensão: surge

pela ação da força da gravidade sobre as partículas suspensas no meio uido; • Cristalização/solidicação: formação de cristais

na superfície fria do trocador de calor quando há resfriamento de hidrocarbonetos de origem parafínica. Deve haver um grau de supersaturação para a solução, antes que a precipitação ocorra, para que seja iniciada a cristalização; •Oefeitodasolubilidadecausandodeposição/

precipitação: ocorre uma mudança no equilíbrio de solubilidade dos componentes dispersos que constituem o petróleo. Essa mudança pode causar a precipitação de um ou mais componentes levando à formação da incrustação;

Capítulo 5. Processos incrustantes

ImpOrTANTE! • Agregação/foculação:

ocorre quando a diminuição da polaridade no meio do óleo causa a agregação e a oculação das moléculas de asfaltenos presentes no petróleo; • Efeito coloidal: ocorre quando há combinação

de asfaltenos oculados com as resinas presentes no óleo; •Reaçõesquímicas: gera incrustação por corrosão

e por polimerização; • Crescimento

biológico: ocorre quando há crescimento de micro e macrorganismos (bactérias, fungos ou algas), aeróbios e anaeróbios, na superfície de transferência de calor; • O efeito interfacial: ocorre em duas fases – o

período de indução e o período de incrustação. Pesquisas atuais buscam aumentar o período de indução que pode ser compreendido como o período em que a variação da resistência da incrustação é mínima.

5.2. Prevenção e controle dos processos incrustantes A solução no controle e prevenção dos processos incrustantes passa pelo estudo de como ocorrem estes processos. Para tal, é necessário analisar o potencial incrustante dos sais presentes no meio, bem como conhecer as variáveis operacionais envolvidas. Controlar a supersaturação é de suma importância na prevenção da incrustação e, para tanto, é preciso atentar para alguns procedimentos, tais como:

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Alta Competência

•a) Controle das condições termodinâmicas (pH, temperatura,

pressão, agitação e outros)

O desequilíbrio químico provocado pelas mudanças termodinâmicas (pH, pressão, temperatura, composição, agitação), bem como a mistura de poços com diferentes composições de água produzida farão com que espécies insolúveis (CaCO3 , CaSO4 , SrSO4 , BaSO4) apareçam potencializando a precipitação. Conhecendo o potencial de formação de incrustação (termodinâmico) torna-se possível determinar a massa a precipitar na mistura de águas incompatíveis. Desta forma, o controle da ocorrência de incrustações pode ser realizado, pois será possível identicar os poços mais críticos e aplicar os tratamentos corretivos e preventivos mais adequados. •b) Remoção de elementos potencialmente incrustantes

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Em campos de petróleo com grande potencial de precipitação de sais de bário ou estrôncio, causada pela mistura da água de injeção com a água existente na formação (mistura de águas incompatíveis), torna-se necessária a instalação de membranas para remoção de sulfato da água do mar. Essas membranas são seletivas deixando passar íons menores (Na+, Cl- etc.) e retendo os maiores (Ca++, Mg ++, SO4=, HCO3- etc.), prevenindo desta forma a formação de incrustações de sais de sulfato. •c) Aplicação de inibidores de incrustação

Os inibidores são produtos químicos que interferem na formação de incrustações, podendo agir na precipitação, impedindo completamente ou reduzindo a extensão deste fenômeno. O mecanismo de atuação destes produtos é determinado pela natureza química, bem como, pelas propriedades da solução a ser tratada. As classes químicas dos inibidores mais utilizados na indústria do petróleo são os polímeros, fosfonatos, e mais recentemente os poliaminoácidos e polissacarídeos carboxilados, que apresentam caráter menos agressivo ao meio ambiente. As classes químicas contendo grupos funcionais diferentes, molécula com peso molecular e constantes de equilíbrio especícos fazem com que cada produto tenha um desempenho único em soluções com diferentes atividades iônicas, saturações e pH.

Capítulo 5. Processos incrustantes

5.3. exrcíci 1) Os trocadores de calor utilizados nas redes de pré-aquecimento são suscetíveis a altos valores de incrustação. Cite três danos que o processo de incrustação acarreta neste equipamento. _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________

2) Cite dois mecanismos responsáveis pelo problema da incrustação. _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________

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Alta Competência

3) Relacione a primeira coluna de acordo com as características da segunda. Fatores que inuenciam na formação de incrustações ( A ) Supersaturação da solução ( B ) Nucleação ( C ) Crescimento de cristais e adesão

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Características ( ) É a for formaçã mação o ini inicial cial do prec precipi ipi-tado que pode ocorrer causado por inuência de agitação, parede de tubos especialmente corroídas, microrganismos, bolhas de gás, partículas em suspensão, dentre outras. ( ) Carac Caracter teriza iza-s -see pe pela la fo form rmaçã ação o de cristais na superfície fria do trocador de calor quando há resfriamento de hidrocarbonetos de origem parafínica. ( ) Ocor Ocorre re de devid vido o ao fat fato o de cri crisstais microscópicos, que geralmente precipitam primeiro, apresentarem uma solubilidade maior do que as partículas maiores do mesmo cristal. ( ) Deve Deve lev levar ar um um grau grau de de superestruturação para a solução, antes que a precipitação ocorra, para que seja iniciado esse tipo de fator. ( ) É a pr prim imeir eiraa cau causa sa de de depo posi si-ção de scale.

Capítulo 5. Processos incrustantes

5.4. Glri Asalteno - produto oriundo do petróleo que apresenta estrutura molecular e complexa que tende a formar agregados que oculam e precipitam de acordo com as condições físico-químicas do meio que se encontram. Estes agregados causam problemas sérios na indústria petrolífera, como entupimentos dos tubos de extração e de transporte de petróleo, deposição nos tanques de armazenamento e redução da ação dos catalisadores nos processos de reno, com os conseqüentes prejuízos no uso econômico e contaminação dos ecossistemas. Floculação - coagulação de certas soluções coloidais sob a forma de óculos. Nucleação - formação inicial do precipitado, que pode sofrer inuência de agitação, microorganismos, bolhas de gás, partículas em suspensão e produtos de corrosão. Quanto maior for o tempo de contato, mais favorecida será a adesão do precipitado e conseqüentemente a formação da incrustação. Scale - formação de depósitos salinos.

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Alta Competência

5.5. Bibligrafa FILHO, José Erasmo de Souza. Incrustação e Corrosão, PETROBRAS/SEREC/CEN-NOR. Apostila. Petrobras. Rio de Janeiro: 2006. SIGWALT, Rodrigo Alexandre; NEGRÃO, Cezar Otaviano Ribeiro; TONIN, Paulo César. Infuência do escoamento no processo de incrustação . Apresentação em Seminário. Disponível em: . Acesso em: 6 de mai. 2008. TONIN, P. C.. Evolução da Resistência Térmica da Incrustação em Rede de Trocadores de Calor. Projeto de Dissertação, PPGEM/CEFET-PR, Curitiba, 2002.

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Capítulo 5. Processos incrustantes

5.6. Gabarit 1) Os trocadores de calor utilizados nas redes de pré-aquecimento são suscetíveis a altos valores de incrustação. Cite três danos que o processo de incrustação acarreta neste equipamento. •Aincrustaçãoapresenta-sesobaformadeumacamadanãouniformedesais,

óxidos e hidróxidos sobre a superície metálica. Essa deposição irregular pode gerar o processo de corrosão devido à dierença de potencial eletroquímico (enômeno de corrosão localizada); •Perdadeeciêncianatrocatérmica; •Altoscustosemmanutenção; •Desperdíciodecombustível; •Superaquecimentodostubos.

2) Cite dois mecanismos responsáveis pelo problema da incrustação. •Sedimentaçãodesólidosemsuspensos; •Cristalização/solidicação; •Oefeitodasolubilidadecausandodeposição/precipitação; •Agregação/oculação; •Efeitocoloidal; •Reaçõesquímicas; •Crescimentobiológico; •Oefeitointerfacial.

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Alta Competência

3) Relacione a primeira coluna de acordo com as características da segunda. Fatores que inuenciam na formação de incrustações ( A ) Supersaturação da solução ( B ) Nucleação ( C ) Crescimento de cristais e adesão

Características ( B ) É a formação inicial do precipitado que pode ocorrer causado por inuência de agitação, parede de tubos especialmente corroídas, microrganismos, bolhas de gás, partículas em suspensão, dentre outras. ( C ) Caracteriza-se pela formação de cristais na superfície fria do trocador de calor quando há resfriamento de hidrocarbonetos de origem parafínica. ( A ) Ocorre devido ao fato de cristais microscópicos, que geralmente precipitam primeiro, apresentarem uma solubilidade maior do que as partículas maiores do mesmo cristal.

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( C ) Deve levar um grau de superestruturação para a solução, antes que a precipitação ocorra, para que seja iniciado esse tipo de fator. ( A ) É a primeira causa de deposição de scale.

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