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corrosão final quimica analitica AMANDA BRAZ DE LUCENA CARITAS FERNANDA PRESTE MARQUES ELAINE CRISTINA FERREIRA ALVES SANDRA VALÉRIA BARBOSA OLIVEIRA
Tipologia: Notas de estudo
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ALUNOS: AMANDA BRAZ DE LUCENA CARITAS FERNANDA PRESTE MARQUES ELAINE CRISTINA FERREIRA ALVES SANDRA VALÉRIA BARBOSA OLIVEIRA
CURSO: TECNOLOGIA E GESTÃO DE CONSTRUÇÃO NAVAL E OFF-SHORE QUÍMICA ANALÍTICA TEÓRICA – MARIA MACCEDO – 2º PERIODO
DEZEMBRO/ 2010.
ALUNOS: AMANDA BRAZ DE LUCENA CARITAS FERNANDA PRESTE MARQUES ELAINE CRISTINA FERREIRA ALVES SANDRA VALÉRIA BARBOSA OLIVEIRA
CURSO: TECNOLOGIA E GESTÃO DE CONSTRUÇÃO NAVAL E OFF-SHORE QUÍMICA ANALÍTICA TEÓRICA – MARIA MACCEDO – 2º PERIODO
DEZEMBRO/ 2010.
iii
Corrosão é a deterioração de um material, que os transformam e diminuem sua durabilidade e desempenho. Os problemas com corrosão são freqüentes e ocorrem nas mais variadas atividades como, por exemplo, nas indústrias navais, petrolíferas, petroquímicas e no transporte marítimo. Apresentamos neste trabalho, a Biocorrosão e estudos relacionados, que tem por objetivo aprimorar a vida útil dos equipamentos e embarcações.
O estudo de Biocorrosão objetiva definir como a bioincrustação influência na corrosão de superfícies metálicas expostas no ambiente marinho. Os organismos modificam as condições eletroquímicas das superfícies metálicas tanto por fatores fisiológicos e morfológicos quanto ecológicos. O foco do problema está nos fatores que ampliam a ação corrosiva uma tarefa que é um processo contínuo, dinâmico e desafiador. E não se trata apenas das soluções relacionadas diretamente a minimizar os impactos da corrosão. Sempre será necessário avaliar as questões ambientais de forma a garantir a preservação do ambiente marinho e todo seu ecossistema, para traçar um panorama das questões da proteção que envolve áreas correlacionadas.
O conhecimento do sistema viabiliza a economia e gastos desnecessários no processo de corrosão, pois estima-se que uma parcela superior a 30% do aço produzido no mundo seja usada para reposição de peças e partes de equipamentos e instalações deterioradas pela corrosão.
1.1 – Objetivo Identificar todo o processo de corrosão, biocorrosão, analisar dados fornecidos por estudos de casos analisados para que se reduza ao máximo os custos, na relação custo x benefícios.
Fig. 2: Corrosão devido à interação do tempo e o meio corrosivo.
Nesse caso não acontece o deslocamento de elétrons como na corrosão eletroquímica.
Fig.3: Corpo de prova do Instituto de Estudos do Mar Almirante Paulo Moreira (IEAPM), em Arraial do Cabo.
São classificados de diferentes formas e características, o que auxilia bastante a aplicação de medidas adequadas de proteção, podem ser:
Influenciados por fatores mecânicos: Tensão, fadiga, atrito e associada à erosão. E por meios corrosivos: condições atmosféricas, pelo solo, por sais fundidos, por microrganismos, pela água do mar, entre outras. Para a Área Naval os tipos mais comuns são:
O processo de corrosão no mar é eletroquímico, pois em meio oxidante (água do ar) a reação catódica é a do oxigênio.
O 2 + 2H 2 O + 4e-^ → 4 OH-
A taxa de controle da corrosão depende da reação de redução do oxigênio absorvido pela superfície metálica.
Essa distribuição de elétrons afeta o controle da corrosão, já que há uma diferença potencial entre o eletrodo (metal) e a solução. E para equilibrar essa reação seria necessária a imersão de um eletrodo de referência ao meio.
E como o ambiente marinho é repleto de íons em solução, as reações envolvidas no processo de corrosão não entram em equilíbrio e a oxidação não cessa.
A água do mar é um meio corrosivo complexo, seu principal fator é a salinidade o que aumenta a condutividade da água, tornado-a um meio eletrólito forte. As
propriedades corrosivas da água estão diretamente ligadas a concentração de sais.
Íons Concentração (g.kg-¹) Cloreto ( Cl - ) 18, Sódio (Na +) 10, Sulfato ( SO4 ²-) 2,
Magnésio (Mg ² +) 1, Cálcio (Ca ² +) 0, Potássio (K +) 0, Bicarbonato (HCO3-) 0, Outros 0,
Total 35, Tabela.1: Composição típica da água do mar. A corrosividade neste ambiente não depende apenas da concentração dos sais, mas de outros fatores como o pH, o oxigênio dissolvido, a temperatura, velocidade de correntes marinhas e o desenvolvimento de depósitos biológicos na superfícies dos materiais. Poluição também altera o pH do mar facilitando o processo de corrosão e o desenvolvimento da bioincrustação . 3.1 – BIOCORROSÃO Se processa sob a influência de microrganismos em pilhas de aeração diferencial que formam biofilme sobre a superfície do metal e do seu metabolismo que produzem substâncias altamente corrosivas, tais como: ácidos orgânicos, sulfetos, ácido sulfúrico e gás sulfídrico que causa a deterioração das estruturas de ferro, aço e outros metais. Biofilmes são compostos por bactérias oxidantes (aeróbicas), redutoras (anaeróbicas) e microalgas. Dispostos na superfície estão às bactérias aeróbicas que excluem efetivamente o oxigênio da interface metal/biofilme, é quando entram em atividade as bactérias anaeróbicas. Enquanto as microalgas produzem pela fotossíntese o oxigênio consumido na ausência de luz. Uma vez formado o biofilme, as bactérias adquirem uma super resistência, devido à sua capacidade de se ligarem a íons metálicos e de promoverem a adesão irreversível de células, conduzindo à colonização das superfícies. Determinado assim a alteração química interfacial e conseqüentemente eletroquímica da região.
Fig. 4: Cracas em estágio inicial. Fig. 5: Cracas já calcificadas.
Fig. 6: Bioincrustação.
Os estudos de casos servem para a avaliação das condições reais a que os materiais expostos estão sujeitos, no nosso caso em ambiente marinho.
A primeira descrição mais detalhada da incrustação em nível macroscópico e seu efeito na corrosão foram feitas por Clapp (1948), no qual o autor ressalta que a distribuição em manchas da comunidade representa um depósito descontínuo e não homogêneo sobre as superfícies metálicas, favorecendo a formação de células de aeração diferencial sob os
organismos. Efird (1976) e Chandler (1979) utilizaram três materiais metálicos diferentes em termos de comportamento corrosivo no meio marinho (ativo, passivante e tóxico (que libera íons Cu2+)) para observar as diferenças no desenvolvimento da comunidade incrustante nos corpos-de-prova. Nesses trabalhos, os incrustantes foram relacionados por grandes grupos e registrados por presença ou por ausência durante os estudos. LaQue (1982), ressaltou durante muito tempo que as interações biológicas e eletroquímicas não receberam atenção suficiente mostrando a tendência de estudar os processos de forma independente e só mais recentemente que foi considerado o impacto da bioincrustação na corrosão.
Terry e Edyvean (1986) formularam diferentes situações em que micro e macro algas poderiam influir no processo corrosivo. Eashwar et al. (1990) e Kirk e Pikull (1990), realizaram testes com três materiais de comportamentos diferentes, porém complementaram estimando a perda em massa nos painéis e o número de pites nos aços de comportamento passivo. Eashwar et al. (1995)
registraram a presença de espécies de incrustantes e verificaram as diferenças em corpos-de-prova com e sem proteção catódica. Luo e Lee (2001) descrevem a presença de organismos incrustantes e estimaram a corrosão em painéis de aço carbono por medições eletroquímicas em corpos-de-prova de 2 x 2 cm. Palraj e Venkatachari (2006) estudaram o processo corrosivo de aço carbono na presença de incrustantes utilizando a perda em massa, ensaios de polarização e análises de raios-X.
Outras pesquisas se dedicaram ao estudo do efeito da macroincrustação em aços inoxidáveis.
Griffin et al. (1989) registraram a presença de incrustantes em aços inoxidáveis entre outros materiais, estimando as taxas de corrosão uniforme e localizada e a profundidade dos pites encontrados nos corpos-de-prova. Neville e Hodgkiess (1998, 2000) compararam várias ligas de inoxidáveis na presença de incrustantes em corpos-de-prova de 1 cm² e utilizaram técnicas de polarização anódica para verificar as variações do potencial de ruptura e o início de corrosão localizada. Neville e Hodgkiess (2000) complementam o trabalho descrevendo os efeitos da fixação de cracas e mexilhões e o provável efeito da presença de bactérias redutoras de sulfato associadas aos organismos. Chiang e Wu (2001) descreveram qualitativamente a comunidade incrustante e estimaram a cobertura e a biomassa total dos organismos em painéis de 20 x 20 cm
nove meses no segundo. Esta foi à única estimativa do processo corrosivo possível de ser aplicada em experimentos de campo, já que os outros tipos de medição são feitos apenas para uso em laboratório. Após o término dos experimentos, os corpos-de-prova foram limpos e os organismos retirados. Foram feitas, então, a observações visuais dos ataques localizados e posteriormente observações com auxílio de microscópio de varredura.
3.3.1 - Experimento 1: Aço Carbono
No primeiro experimento foi estudado o aço carbono API 5L-X65, utilizando corpos- de-prova de 150 x 200 x 2 mm. A composição do aço encontra-se na tabela abaixo.
Aço Composição (% em peso) Carbono Manganês Fósforo Enxofre
API 5L X65 0,26 1,40 0,04 0,
Tabela 2: Composição nominal do aço carbono API 5L X65 *.
Neste caso, além da medida do potencial de corrosão e da observação dos ataques localizados, foi estimada a taxa de corrosão uniforme por meio da perda em massa antes e após do experimento.
Foram registrados durante o estudo, 28 táxons, 17 de macroalgas e 11 da macro fauna, divididos em 7 grupos ou tipos morfofuncionais. No tratamento “Comunidade”, os organismos dominantes foram as macro algas filamentosas
(23,73%), os balanídeos (17,51%), os hidrozoários (16,96%) e os briozoários incrustantes (9,85%). No tratamento “Balanídeos”, a cobertura das cracas variou entre 39,38% a 62,50%. O potencial de corrosão variou entre – 665,
mV(Ag/AgCl) e – 517,50 mV(Ag/AgCl), no entanto, não houve alterações no potencial que pudessem ser relacionadas ao desenvolvimento da comunidade incrustante, nem à dominada por balanídeos
Fig. 7: Variação do potencial de corrosão dos três tratamentos nos seis meses de experimento no aço carbono API 5L X65.
A maior taxa de corrosão uniforme foi observada no tratamento controle, na ausência dos organismos, o que sugere que a bioincrustação protegeu as superfícies dos corpos- de-prova da perda em massa.
Taxa de Corrosão Uniforme
Tratamentos Média Erro Controle 0, 1717 mm / ano 0, 0258 Comunidade 0, 1570 mm / ano 0, 0163 Balanídeos 0, 1179 mm / ano 0, 0223 Tabela 3: Taxa de corrosão uniforme do aço carbono nos três tratamentos.
Quanto à observação dos ataques localizados, o maior percentual foi registrado no tratamento comunidade, o que indica que outros componentes da comunidade incrustante, que não somente os balanídeos, como vêm sendo descrito na literatura,
Aço
Análise química (% em peso)
C Si Mn P S Cr Mo Ni Cu N W 316 0,025 0,37 1,70 0,038 0,024 16,8 2,04 10,1 0,29 0,06 - 904L 0,015 0,30 1,50 0,021 0,001 19,6 4,44 24,8 1,44 0,04 -
Zeron 0,015 0,28 0,49 0,019 0,000 25,0 3,59 7,11 0,58 0,21 0,
Tabela 4: Composição dos aços inoxidáveis. Os três aços inoxidáveis selecionados, devido sua ampla utilização nas indústrias que utilizam sistemas marinhos, inclusive a indústria naval. Foram testados aços inoxidáveis de baixa liga (AISI 316), de liga média (AISI 904L) e de alta liga (Zeron 100), que representam um aumento de resistência em água do mar. Por isso as indústrias vêm substituindo o aço inoxidável 316L por aços mais resistentes como os super austeníticos (AISI 904L) e os super duplex (Zeron 100), com o intuito de aumentar a vida útil dos equipamentos e das estruturas em água do mar e a diminuir os custos com a sua reposição (Ames et al., 2001). Durante o experimento, não foram observadas diferenças na cobertura do macroincrustantes entre os três aços no tratamento “Comunidade”. Os grupos mais representativos em termos de cobertura durante o os nove meses de experimento foram: balanídeos (54,07% (AISI 316); 52,49% (AISI 904L); 51,24% (Zeron 100)); macro algas (20,82% (AISI 316); 21,89% (AISI 904L); 19,83% (Zeron 100)), hidrozoários (11,70% (AISI 316); 11,80% (AISI 904L); 12,64% (Zeron 100)); briozoários incrustantes (2,12% (AISI 316); 3,55% (AISI 904L); 8,17%(Zeron 100)) e mexilhões P. perna (2,54% (AISI 316); 3,71% (AISI 904L); 2,60% (Zeron 100)). No tratamento “Balanídeos”, os corpos-de-prova manipulados apresentaram percentual médio de cobertura em todo o período de 77,48% no aço AISI 316, de 79,98% no aço AISI 904L e de 81,04% no aço Zeron 100. O potencial de corrosão a circuito aberto variou de modo diferente entre os tratamentos ao contrário do observado para o aço carbono, principalmente para os aços inoxidáveis mais resistentes. Como pode ser observado na Figura abaixo, no tratamento “Controle” (na ausência dos macroincustantes), os valores permaneceram em valores de potencial altos e estáveis, indicando a integridade do material. Já no tratamento “Comunidade”, os valores de potencial diminuem ao longo do experimento, o que indicaria o
estabelecimento de corrosão localizada. Porém, os valores de potencial em média, no final de estudo, estiveram em torno dos -100 mVAg/AgCl. Esses valores não são característicos de aços inoxidáveis em água do mar natural sob efeito de corrosão localizada, que costumam ser bem mais negativos da ordem de - 400 mVAg/AgCl (Dexter e Gao, 1988; Mansfeld et al. 1992).
Fig. 8: Variação do potencial de corrosão dos três tratamentos nos nove meses de experimento nos aços inoxidáveis AISI 904L e Zeron 100.
A observação dos corpos-de-prova no microscópio de varredura, após os experimentos, mostrou que nenhum tipo de ataque localizado ocorreu na ausência dos macrorganismos (tratamento “Controle”), entretanto, foi registrada a ocorrência de ataques localizados associados aos balanídeos nos outros dois tratamentos.
