proteção catodica, Exercícios de Cultura

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Colégio Pensar

Curso Técnico em Química

3° Módulo

Química Analítica Quantitativa

Profª. Ms. Aline Stolz

Proteção Catódica

Amaro Farias

Guaíba, 09 de Maio de 2012.

1. Objetivo da atividade experimental:

Realizar as devidas observações quanto ás modificações ocorridas nas latas amostrais, conforme o tipo de solução adicionada.

2. Referencial Teórico:

Historicamente a proteção catódica data dos primórdios do século XIX, quando a eletroquímica dava também os seus primeiros passos, principalmente na Inglaterra, onde os anais da real sociedade guardam, até hoje, as comunicações dos cientistas da época, dentre eles Faraday, Marianini, Becquerel, Walcker e, particularmente, Sir Humphrey Davy. Este cientista realizou um trabalho extraordinário no campo da eletroquímica. Em 1823, foi comissionado pelo Almirantado Britânico para estudar uma solução para os problemas de corrosão na chaparia de cobre que revestia o casco de madeira dos navios de guerra de sua Majestade.

O cobre é um metal ligeiramente positivo na escala eletroquímica; e, de acordo com as idéias do Sir. o cobre só poderia ser atacado na água do mar quando estivesse em um estado positivo; e, conseqüentemente, se ele puder ser tornado ligeiramente num negativo, a ação corrosiva da água do mar sobre ele será anulada.

A fim de transformar aquele estado elétrico, Davy fez experiências como anodos de ferro, de estanho e de zinco para proteger o cobre, tendo resultados satisfatórios em diversas condições. Durante certo tempo, o ferro fundido foi preferido, porém, o zinco teve uso mais freqüente, tanto assim que quando os

mostrado a sua eficiência na proteção da ferragem de armação e reforço do concreto, quando estas estruturas trabalham submersas, particularmente em água salgada, ou mesmo em canalizações de concreto para transporte de água.

Para o perfeito entendimento do mecanismo da proteção catódica, é necessário que se visualize o mecanismo da corrosão eletroquímica. A corrosão eletroquímica ocorre sempre que se tem uma estrutura metálica em contato com um eletrólito, na qual aparecem pilhas ou células de corrosão (áreas anódicas e catódicas). As pilhas de corrosão sempre existem, quer por razões pertinentes ao metal, quer por razões inerentes ao meio. Suas causas principais são as dissimilaridades de metais, impurezas, tensões internas, aeração diferencial, diferença na composição do eletrólito e etc. com o aparecimento das áreas anódicas e catódicas, em presença do eletrólito, tem se um fluxo de corrente que constitui, basicamente, o processo de corrosão eletroquímica.

Da célula eletroquímica ou eletrolítica artificial criada, surgem as seguintes conseqüências, que conduzem o metal à proteção, desde que a corrente seja suficiente:

A superfície do metal é polarizada a um nível determinado, de tal forma que todas as áreas tornam-se catódicas;

Numa superfície catódica, só há reações de redução, logo, jamais haverá a reação de dissolução do material metálico, M → Mn+ + ne, que é uma reação de oxidação.

Há uma elevação de pH, em torno do cátodo, o que favorece a imunidade do metal.

Escala prática de nobreza em água do mar:

Existem dois processos pelos quais se pode aplicar proteção catódica, ambos fundamentados no mesmo princípio, ou seja, injeção de uma corrente elétrica na estrutura, através do eletrólito.

A grande vantagem do sistema consiste no fato de que a fonte geradora poderá ter a potência que se deseja, bem como a força eletromotriz necessária, em função das condições de resistividade do eletrólito. A proteção catódica por corrente impressa se aplica a estruturas situadas em eletrólitos de baixa, média, alta e altíssima resistividade.

É, também, mais indicada para estrutura de médio e grande porte, por ser um sistema mais compacto e mais econômico, quando necessita de corrente altas para proteção.

De um modo geral, o processo de controle de corrosão por proteção catódica é empregado em associação com o uso de revestimentos protetores. O emprego de revestimento reduz, de forma considerável, a superfície exposta à corrosão, diminuindo, por conseguinte, a intensidade da corrente necessária à proteção da estrutura.

Quando se aplica proteção catódica a uma estrutura, é extremamente importante saber se a estrutura encontra-se realmente protegida contra a corrosão em toda a sua plenitude. Vários critérios podem ser adotados para se comprovar que uma estrutura encontra-se isenta de riscos de corrosão, por exemplo, baseando-se na densidade de corrente aplicada ou no potencial da estrutura. No entanto, o critério mais indicativo e universalmente aceito é o potencial negativo mínimo entre a estrutura e o eletrólito vizinho, medindo com um eletrodo de referencia.

Para execução de um projeto de proteção catódica, são necessários alguns dados de campo e da estrutura a ser protegida. Estes dados são obtidos através de levantamento feito no campo, nos locais onde se situa a estrutura e pela análise do projeto da mesma. Levantamento e a análise devem ser executados com o máximo cuidado e por técnicas experientes, a fim de que as premissas do projeto de proteção catódica sejam baseadas em dados perfeitamente confiáveis.

Levantamento de campo:

O levantamento de campo constitui-se, em geral, na fase preliminar de qualquer projeto e, para sua realização, distinguem-se em duas situações:

• Estrutura em fase de projeto:

Para uma estrutura em fase de projeto e, portanto, ainda não instalada, faz-se normalmente o levantamento de resistividade do meio e pesquisa de locais para instalação de leitos de anodos galvânicos ou para corrente impressa.

• Estrutura existente:

• Os locais onde deverão ser instaladas juntas de isolamento elétrico, caso seja necessário;
• Eventual necessidade de interligação com outras estruturas.

Esses elementos são obtidos a partir do projeto geral da estrutura, pela análise dos desenhos e especificações. Caso haja insuficiência de dados de projeto, alguns dos mesmos poderão ser obtidos no campo.

A escolha do tipo de proteção catódica a ser adotado para uma determinada estrutura depende, essencialmente, de uma análise técnico-econômic. Nesta análise, devem ser consideradas as vantagens e desvantagens de cada sistema, o custo e a viabilidade técnica, a via útil desejada, dentre outros aspectos.

A intensidade da corrente elétrica requerida para proteção de uma dada estrutura depende de vários fatores.

Densidade de corrente de proteção:

Um dos parâmetros mais importantes para o dimensionamento de um sistema de proteção catódica é a densidade de corrente de proteção. Por densidade de corrente de proteção, entende-se a intensidade da corrente elétrica, por unidade de área da superfície a proteger. As unidades de uso mais corrente são mA/m², ou mA/ft² no sistema inglês.

O valor da densidade de corrente de proteção a ser adotado em um projeto depende de muitos fatores, principalmente da resistividade elétrica do meio (eletrólito) e do tipo de material que se deseja proteger. Por exemplo, para um dado solo, a densidade de corrente de proteção do aço tem certo valor e, para a proteção de chumbo, terá um valor completamente diferente. Por outro lado, para um mesmo material ter-se-à diferentes valores para a densidade de corrente, em função das características do eletrólito.

Eficiência dos revestimentos:

É muito comum a associação do revestimento protetor com a proteção catódica, formando um sistema composto de proteção. A grande vantagem do revestimento é que ele reduz a área exposta ao meio corrosivo. Como conseqüência, ele reduz acentuadamente a intensidade da corrente requerida para proteção, já que esta

se aplica apenas às falhas do mesmo. Influencia do revestimento protetor é muito pronunciado, particularmente nas estruturas em contato com meios de alta resistividade elétrica, como tubulações enterradas. Quando a resistividade do eletrólito é muito baixa, como no caso de estruturas marítimas, influencia do revestimento pode até perder o seu significado, já que a resistência do circuito de proteção é muito baixa. A experiência tem demonstrado, nestes casos, que o custo total da proteção catódica da estrutura nua é menor do que a soma dos custos da aplicação do revestimento, mais o da proteção catódica complementar. Por isso, é freqüente a não utilização de revestimento nas partes permanentemente submersas das instalações marítimas.

Fator de velocidade:

É freqüente a ocorrência de movimento relativo entre a estrutura que se deseja proteger e o eletrólito, como nas embarcações e nos dutos que transportam água, em especial salgada, caso em que a proteção catódica é altamente indicada, principalmente associada a um revestimento protetor. Este movimento relativo entre o metal e o eletrólito introduz uma alteração na cinética das reações, aumentando a sua velocidade por dois mecanismos principais, a saber:

• Aumento da velocidade do eletrólito aumenta a difusão dos íons formados pelas reações anódicas, baixando a sua concentração na vizinhança da superfície anódica, o que conduz a uma despolarização;
• No caso de meios aerados, o aumento da velocidade do eletrólito acarreta maior suprimento de oxigênio à superfície catódica e, como o oxigênio é sabidamente um despolarizador catódico, ele vai produzir também uma despolarização da superfície.

Estes dois fenômenos somam-se no mesmo sentido, indesejável, de modo que, para contrabalançar o seu efeito, é necessário aumentar-se a intensidade da corrente de proteção.

3. Materiais, Reagentes e Equipamentos:

• faca

5. Resultados e discussões:

5.1. Tabela de observação

DATA N°1 N°2 N°3 N°

Fundo prata, sem riscos, sem moldura.

Fundo dourado com riscos pratas sem moldura.

Fundo prata co riscos pratas, sem moldura.

Fundo dourado com riscos pratas sem moldura.

Fundo enferrujado.

Levemente enferrujada nos riscos.

Liquido laranja, pequenos precipitados laranjas nos riscos.

Pequenos precipitados de ferrugem nos riscos.

29/05/2012 Fundo enferrujado.

Levemente enferrujada nos riscos.

Liquido laranja, e o fundo levemente enferrujado.

Precipitado de ferrugem ao redor da placa de zinco.

6. Responda:

a) quais latas sofrerão corrosão?

Latas 1, 4, 2 e 3.

b) quais fatores que provocaram maior corrosão em uma lata que a outra?

A lata n°1 que contem somente água sem arranhões.

c) as latas utilizadas pela indústria de alimentos são revestidas por uma fina camada de estanho. Consulte uma tabela de potenciais de redução ou de reatividade de metais, e justifique este procedimento.

Baseando-se na escala de reatividade dos metais ou em uma tabela de potenciais de redução, vê-se que o estanho é mais nobre que o ferro, protegendo-a da corrosão.

d) por que o arranhão favoreceu o desenvolvimento da corrosão na lata n°3?

e) por que a presença de NaCl aumentou a corrosão na lata n° 3?

Além da presença do arranhão (formação de par galvânico), há solução de cloreto de sódio (compare com a lata n°2). A solução deste sal constitui um meio bem mais corrosivo do que a água (lata n°1 e 2).

f) procure justificar o que ocorreu na lata n°4.

imediatamente e continuamente com bastante água; consulte um oftalmologista caso persista os sintomas.

Em caso de inalação: Remover a pessoa para lugar ventilado e auxiliar a respiração, se necessário.

Em caso de ingestão: Faça com que a pessoa fique consciente e alerta, ministre 1 ou 2 copos de água e depois induza ao vômito. Jamais faça uma pessoa inconsciente em convulsão ingerir qualquer coisa por via oral.

PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS

• Estado físico: Sólido, em cristais ou pó
• Odor: Inodoro
• Cor: Branco ou incolor
• Ponto de ebulição: 1413°C.
• Ponto de fusão: 801°C
• Solubilidade na água: 35,7 g/100 ml (à 0°C) – 36,0 g/100ml (à 20°C).
• pH: Próximo da neutralidade (soluções aquosas)
• Fórmula Molecular: NaCl
• Peso Molecular: 58,4428 g/mol
• Solubilidade em Solventes: Pouco solúvel.
• Peso Específico: 2,165 (água = 1)