KOZLIK, Antonio Junior

8/3/2019 KOZLIK, Antonio Junior

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UNIVERSIDADE TECNOLGICA FEDERAL DO PARAN

PR

UNIVERSIDADE TECNOLGICA FEDERAL DO PARANCAMPUS CURITIBA

GERNCIA DE PESQUISA E PS-GRADUAO

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MECNICA

E DE MATERIAIS - PPGEM

ANTONIO KOZLIK JUNIOR

SISTEMTICA PARA ANLISE DE FALHA POR

CORROSO EM COMPONENTES MECNICOS

METLICOS

CURITIBA

MARO - 2007


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METLICOS

Dissertao apresentada como requisito parcial

obteno do ttulo de Mestre em Engenharia,

do Programa de Ps-Graduao em

Engenharia Mecnica e de Materiais, rea de

Concentrao em Engenharia de Materiais, da

Gerncia de Pesquisa e Ps-Graduao, do

Campus Curitiba, da UTFPR.

Orientador: Prof. Marcos Flvio de Oliveira

Schiefler Filho, Dr. Eng.

CURITIBA

MARO - 2007


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TERMO DE APROVAO




METLICOS

Esta Dissertao foi julgada para a obteno do ttulo de mestre em engenharia,

rea de concentrao em engenharia de materiais, e aprovada em sua forma final

pelo Programa de Ps-graduao em Engenharia Mecnica e de Materiais.

_________________________________

Prof. Neri Volpato, PhD

Coordenador do Programa

Banca Examinadora

______________________________ ______________________________

Prof. Marcos Flvio de Oliveira Prof. Haroldo de Arajo Ponte, Dr.Schiefler Filho, Dr. (UTFPR) (UFPR)

______________________________ ______________________________

Prof. Carlos Cziulik, PhD Prof. Joo Batista Floriano, Dr.

(UTFPR) (UTFPR)

Curitiba, 26 de maro de 2007


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queles que de alguma forma contribuem

com a preservao dos recursos naturais

esgotveis.


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AGRADECIMENTOS

minha famlia, pelo apoio e compreenso demonstrados nos muitos momentos em

que precisei me ausentar para realizar este trabalho.

Ao meu orientador, Prof. Marcos Flvio de Oliveira Schiefler Filho, por sua ateno e

por estar sempre disposio para auxiliar nesta tarefa.

Ao Prof. Csar Lcio Molitz Allenstein, colega e Diretor da Spectroscan Tecnologia

de Materiais Ltda., pelas informaes tcnicas fundamentais e pelo apoio prtico e

bibliogrfico.

Ao PPGEM UTFPR, por oportunizar os estudos que tornaram realidade estetrabalho.

Ao DAMEC UTFPR, pelo apoio e disponibilidade de recursos didticos que

tornaram possveis os estudos que levaram execuo deste trabalho.

Ao colega Julio Czar de Almeida, Engenheiro da Compags S/A, pela colaborao

na disponibilizao de dados prticos e informaes tcnicas.

Aos demais colegas que, direta ou indiretamente, contriburam com informaes eincentivos.


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Tenha em mente que tudo o que voc

aprende na escola trabalho de muitas

geraes. Receba essa herana, honre-a,

acrescente a ela e, um dia, fielmente,

deposite-a nas mos de seus filhos.

Albert Einstein


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KOZLIK Jr., Antonio, Sistemtica para Anlise de Falha por Corroso em

Componentes Mecnicos Metlicos, 2007, 126p. Dissertao (Mestrado em

Engenharia) - Programa de Ps-graduao em Engenharia Mecnica e de Materiais,

Universidade Tecnolgica Federal do Paran, Curitiba, 2007.

RESUMO

Uma variada gama de aspectos tcnico-econmicos relacionados com o ciclo de

vida de equipamentos e, conseqentemente, de seus componentes, exige a

utilizao de ferramentas geis que permitam diagnosticar - de forma rpida, segura

e economicamente vivel - as causas de falhas em servio. Como a grande maioria

dos componentes mecnicos construda em metais, um modo de falha bastante

comum est relacionado com processos de corroso, os quais, em alguns casos,

determinam a vida til dos mesmos. Adicionalmente, a avaliao das causas que

levam um componente a falhar , freqentemente, realizada de maneira subjetiva e

depende do conhecimento prtico e da experincia do prprio avaliador. A

metodologia adotada neste trabalho baseado na hiptese: O uso de ferramentas

consagradas na manuteno (TFA, FMA, FMEA, TPR, Diagrama de Causa e Efeito,

entre outros), aliado a uma classificao e estratificao dos modos de ataque

corrosivo em metais, permite a proposio de uma sistemtica que auxilia no estudo

da causa da falha por corroso. A anlise cuidadosa de diversos estudos de casos

permitiu a observao de aes semelhantes durante a etapa de diagnstico. As

principais aes foram associadas a uma metodologia de anlise de falha j

conhecida. Adicionalmente, diversos casos prticos foram examinados, permitindo

verificar a consistncia da sistemtica proposta. Para isso, descrito um novo

modelo que abrange uma seqncia ordenada de aes visando anlise dascausas potenciais de falha por corroso. Ensaios preliminares aplicando-se o

modelo a um grupo de estudantes indicam que o processo de identificao da causa

potencial de falha por corroso pode ser melhor conduzido, economizando tempo e

permitindo comparar os resultados com aqueles fornecidos por consultores

experientes.

Palavras-chave: anlise de falha, falha por corroso, ferramentas de manuteno,

sistemtica de anlise.


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KOZLIK Jr., Antonio, A Systematic for Corrosion Failure Analysis of Metallic

Mechanical Components, 2007, 126p. Dissertao (Mestrado em Engenharia) -

Programa de Ps-graduao em Engenharia Mecnica e de Materiais, Universidade

Tecnolgica Federal do Paran, Curitiba, 2007.

ABSTRACT

A diversity of technical and economical features related to the life cycle of

equipments, and consequently, of their parts, demands the utilization of agile tools

that allow to diagnose the causes of failure in service, in a safe, fast and low cost

way. As the majority of mechanical components is manufactured from metals, it is

very common to occur failure by corrosion processes, which in several cases define

their service life. In addition, the assessment of the causes of failure is frequently

conducted in a subjective mode and depends on the practical knowledge and

experience of the professional involved. The methodology proposed in this work is

based on the following hypothesis: The use of successful tools in maintenance (TFA,

FMA, FMEA, TPR, Cause and Effect Diagram, and so on), associated to a

classification and stratification of the corrosive attack ways in metals, allow the

proposition of a systematic approach to support the study of the corrosion failure

causes. The careful analysis of several cases allowed the observation of similar

actions during the stage of diagnostic. The main actions have been aggregated to a

well-known failure analysis methodology. Additionally, several practical cases have

been examined, allowing to verify the consistency of the aimed framework. From that,

a novel model that encompasses a sequence of ordinate actions for analyzing the

potential causes of failure, considering corrosion, is described. A preliminary test of

the model with a group of students indicates that the identification of potential causeof failure by corrosion is better conducted, saving time and mapping the results with

those from experienced consultants.

Keywords: failure analysis; failure by corrosion; maintenance tools; systematic of

analysis.


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SUMRIO

1. INTRODUO E OBJETIVOS .............................................................................14

1.1.Caracterizao do Problema.................................................................................141.2.Metodologia Adotada ............................................................................................ 161.3.Objetivos...............................................................................................................171.4.Organizao do Trabalho......................................................................................182. REVISO BIBLIOGRFICA..................................................................................192.1.O Contexto do Estudo da Manuteno ................................................................. 192.1.1. Anlise de rvore de Falhas (TFA, Tree Fault Analysis) ..................................192.1.2. Anlise do Modo e Efeito da Falha (FMEA, Failure Mode and Effect

Analysis) ...............................................................................................................21

2.1.3.

Diagrama de Causa e Efeito.............................................................................21

2.1.4. Tabulao do Modo de Falha (FMA, Failure Mode Assessment) .....................242.1.5. Plano Tcnico para Resoluo (TPR, Technical Plan for Resolution)..............242.2.O Contexto do Estudo da Corroso......................................................................262.2.1. Processo Qumico ............................................................................................ 272.2.2. Processo Eletroqumico....................................................................................272.2.3. Caracterizao da Regio Andica ..................................................................272.2.3.1. Classificao Segundo a Morfologia ..............................................................282.2.3.2. Classificao de Graus de Corroso de Acordo Com a Norma N-2260.........302.2.3.3. Padres Fotogrficos Para Avaliao de Formas de Deteriorao de

Acordo Com a Norma N-2561 da Petrobrs ......................................................... 322.2.4. Caracterizao do Ctodo ou Regio Catdica ................................................ 322.2.5. Caracterizao da Formao da Pilha ..............................................................352.2.5.1. A Equao de Nerst .......................................................................................362.2.5.2. Pilha de Eletrodos Diferentes.........................................................................402.2.5.3. Pilha Ativa-Passiva.........................................................................................422.2.5.4. Pilha de Ao Local........................................................................................422.2.5.5. Pilha de Concentrao Inica Diferencial.......................................................432.2.5.6. Pilha de Aerao Diferencial ..........................................................................44

2.2.5.7. Pilha Eletroltica..............................................................................................472.2.5.8. Pilha de Temperaturas Diferentes..................................................................482.2.6. Caracterizao do Eletrlito ou Meio Corrosivo ................................................ 492.2.6.1. Corroso Pela Atmosfera ............................................................................... 492.2.6.2. Corroso Pelas guas....................................................................................552.2.6.3. Corroso Pelo Solo ........................................................................................582.2.6.4. Corroso Por Produtos Qumicos...................................................................612.2.6.5. Meios Corrosivos a Altas Temperaturas.........................................................612.2.7. Fatores Que Contribuem Com o Processo Corrosivo ....................................... 632.3.A Metodologia de Dennies....................................................................................64

2.3.1. Os Quatro Passos Para A Soluo de Um Problema ....................................... 64


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2.3.2. Os Nove Passos Para A Anlise da Falha Segundo Dennies [1]......................642.3.2.1. Entender e Negociar as Metas da Anlise ..................................................... 642.3.2.2. Obter Claro Entendimento da Falha...............................................................652.3.2.3. Objetividade e Clareza ao Identificar Todas as Causas-Raiz Possveis ........ 662.3.2.4. Avaliar Objetivamente a Probabilidade de Cada Causa-Raiz ........................ 662.3.2.5. Atuar na Causa-Raiz Mais Provvel...............................................................672.3.2.6. Identificar Claramente Todas as Aes Corretivas Possveis ........................ 682.3.2.7. Avaliar Objetivamente Cada Ao Corretiva .................................................. 682.3.2.8. Selecionar as Melhores Aes Corretivas......................................................682.3.2.9. Avaliar a Efetividade das Aes Corretivas....................................................683. TCNICA PROPOSTA............................................................................................ 693.1. O que normalmente executado em uma Anlise de Falha por Corroso..........70 3.1.1. Determinao do Nmero de Casos Verificados...............................................70

3.1.2. Casos de Anlise de Falha por Corroso..........................................................703.1.2.1. Anlise de Caso 1 .......................................................................................... 703.1.2.2. Anlise de Caso 2 .......................................................................................... 773.1.2.3. Anlise de Caso 3 .......................................................................................... 823.1.3. O Que Foi Executado em Outras Anlises de Falhas ....................................... 863.1.3.1. Estudos de Casos Selecionados....................................................................873.1.4. Determinao das Aes Mais Comuns em Anlise de Falha Por Corroso....913.2. Como Gerar Uma Seqncia Lgica Para Executar as Aes de Anlise...........913.2.1. Construo da rvore de Falha Primria (ou Bsica) Para Casos de

Corroso Eletroqumica ........................................................................................923.2.1.1. Informaes Referentes ao nodo.................................................................923.2.1.2. Dados Inerentes ao Tipo de Pilha .................................................................. 923.2.1.3. Dados Inerentes ao Ctodo............................................................................933.2.1.4. Dados Inerentes ao Eletrlito .........................................................................933.2.2. Construo da rvore de Falhas Secundria....................................................933.2.3. rvore de Falha Terciria..................................................................................943.2.4. Check Listde Anlise........................................................................................974. APLICAO DA TCNICA .....................................................................................984.1. Casos de Anlise de Falha Por Corroso de Acordo Com a Tcnica .................. 98

5. CONCLUSES E TRABALHOS FUTUROS.........................................................1065.1. Concluses.........................................................................................................1065.2. Trabalhos Futuros ..............................................................................................1066. REFERNCIAS.....................................................................................................107ANEXO I....................................................................................................................113


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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Exemplo de TFA [4]....................................................................................20

Figura 2 Exemplo de FMEA [6]. ............................................................................... 22Figura 3 Exemplo de Diagrama de Causa e Efeito [7]. ............................................ 22Figura 4 Exemplo de FMA [1]...................................................................................24Figura 5 Exemplo de TPR [1]. ..................................................................................25Figura 6 Corroso Generalizada Fundo de Tanque Material: ASTM A 283 Gr.

C [17]. ................................................................................................................... 28Figura 7 Sobre espessura de corroso Foto referencial para a classificao de

Corroso - Material: ASTM A 385 Gr [17]. ............................................................31Figura 8 Corroso Tipo I Material: ASTM A 285 Gr. [17]....................................31Figura 9 Corroso Tipo II Material: ASTM A 285 Gr [17]....................................32Figura 10 Corroso Tipo III Material: A 285 Gr [17]............................................32Figura 11 Pilha de Eletrodos Diferentes [19]............................................................41Figura 12 Pilha Ativa-Passiva [19]............................................................................43Figura 13 Pilha de Ao Local [19]...........................................................................43Figura 14 Pilha de Concentrao Inica Diferencial [19]..........................................44Figura 15 Clula de Aerao Diferencial [19]...........................................................45Figura 16 - Corroso Por Corrente de Fuga [19].........................................................47Figura 17 - Vela Coletora de Cloretos e Suporte da Vela [23].....................................54 Figura 18 - Fotos da Vela Coletora de Sulfatos (a) e do Suporte da Vela (b) [23]. ..... 55

Figura 19 Fluxograma da Anlise de Falha [1].........................................................69Figura 20 - Fotografia 01 - Fita Adesiva [26]. .............................................................. 71Figura 21 - Fotografia 02 Tubo [26]..........................................................................71Figura 22 - Fotografia 03 - Amostra S-8817 Chapa [26]. ......................................... 72Figura 23 - Fotografia 04 - Depsito de Material entre Chapa e Tubo [26]. ................ 75Figura 24 - Fotografia 05 - Corroso Ocorrida no Tubo [26]. ...................................... 75Figura 25 Ampliao do Trecho do Tubo [12]. ......................................................... 80Figura 26 Trinca Transgranular (Ampliada 206 X). .................................................. 81Figura 27 Pite na Solda [27].....................................................................................84

Figura 28 Pite nas Adjacncias da Solda [27]..........................................................84Figura 29 Metalografia [27].......................................................................................85Figura 30 Fluxograma Bsico...................................................................................94Figura 31 - Exemplo de Construo de Uma rvore de Falhas Primria (ou

Bsica)..................................................................................................................95Figura 32 Exemplo de Construo da rvore de Falhas Secundria.......................96Figura 33 - Foto do Sistema [52]................................................................................. 98Figura 35 - Roda de Liga de Alumnio Corroda [53].................................................101


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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Simbologia Utilizada na Construo da rvore de Falha [5]. ..................... 20

Tabela 2 Srie Eletromotriz Potencial Padro de Reduo E0 a 25C [16]. ..........34Tabela 3 - Srie Galvnica de Materiais Metlicos na gua do Mar [12]. ................... 35Tabela 4 - Quadro-Resumo da Corroso por Aerao Diferencial Considerando a

Reduo de Oxignio como a Principal Reao Catdica [11].............................46Tabela 5 - Categorias de Corrosividade Atmosfrica [20]. .......................................... 52Tabela 6 Composio da gua do Mar (gramas por litro de gua) [12]. .................. 58Tabela 7 Grau de Agressividade do Solo em Relao Resistividade [24].............61Tabela 8 Classificao dos Solos em Funo do Potencial Redox [11]...................61Tabela 9 Amostra S-8816: Tubo 6,4 mm..............................................................73

Tabela 10 Elementos encontrados aps anlise XPS (% em massa)......................74 Tabela 11 Peso das Aes na Anlise.....................................................................87Tabela 12 Quadro Resumo das Principais Aes em Anlise de Falha. ................. 90Tabela 13 Check List................................................................................................97


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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

TFA - Tree Fault Analysis

FMEA - Failure Mode and Effects AnalysisFMA - Failure Mode AssessmentTPR - Technical Plan for ResolutionSCC - Stress Corrosion CrackingASTM -American Society for Testing and MaterialsAPI -American Petroleum InstituteAISI -American Iron and Steel InstituteISO - International for Standardization OrganizationASA -American Standard AssociationpH - Potential HidrogeninicoNBR - Norma BrasileiraABNT -Associao Brasileira de Normas Tcnicasppm - Partes por milhoCCA - Corrective Action AssessmentTPE - Technical Plan for EvaluationESCA - Electron Spectroscopy for Chemical AnalysisXPS -X-ray PhotoelectronASME -American Society of Mechanical EngineersSAE - Society of Automotive EngineersMEV - Microscopia Eletrnica de VarreduraASM -American Society of Materials


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LISTA DE SMBOLOS

a - Atividade

Az+Me - Atividade do metalq - Carga eltricacm - CentmetroK - Constante de equilbrio numa reaoF - Constante de FaradayR - Constante universal dos gases - Diferena de potencial eltricoeV - Eletrovolt - Energia livre eletroqumicaG0 - Energia livre padroG - Energia livre qumicaOC - Grau Celciusz - onK - Kelvinln - Logartimo neperianolog - Logartimo decimalMe - Metalm - Metrom2 - Metro quadradom3 - Metro cbicog - Micrograma

mg - Miligramamm - MilmetromV - Milivoltn - Nmero de eltrons transferidosE0 - Potencial padroE0e - Potencial padro de equilbrioEh - Potencial redoxQ - Quociente da reao qumicaT - Temperatura - Somatrio - Ohm

-

Dimetro


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1. INTRODUO E OBJETIVOS

1.1. Caracterizao do Problema

Atualmente, muitos aspectos tcnico-econmicos relativos ao ciclo de vida de

equipamentos e, conseqentemente, de seus componentes, evidenciam a

necessidade de se dispor de ferramentas que permitam diagnosticar de forma

rpida, precisa e economicamente vivel, a causa que os levou a deixar de exercer

satisfatoriamente a sua funo.

Uma srie de fatores pode levar um componente de um sistema a falhar em servio,

podendo ser citados [1]:

a) erro de projeto;

b) erro de montagem;

c) uso inadequado;

d) incompatibilidade com o meio;

e) processo de fabricao inadequado;

f) manuteno incorreta.

oportuno salientar que muitos componentes mecnicos metlicos acabam tendo

como fator preponderante de sua falha alguma forma de corroso metlica, podendo

esta, em determinados casos, determinar a vida til dos mesmos. Entretanto, a

avaliao da causa que levou um componente a falhar, em conseqncia da

corroso, feita, muitas vezes, de forma subjetiva e depende do conhecimento

prtico e da experincia do prprio avaliador. Alm disso, uma parte considerveldas anlises torna-se invivel economicamente devido a razes como:

a) escassez de profissionais com o conhecimento especfico para execut-la;

b) exigncia de facilidades laboratoriais especiais;

c) tempo de anlise relativamente longo, pois normalmente no se segue uma

seqncia pr-definida para as diversas etapas necessrias.


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Segundo Xenos [2],o que se observa no dia-a-dia das empresas uma anlise de

falhas deficiente e uma nfase excessiva em somente consertar o que quebrou, ou

seja, o mais comum ainda ver o pessoal da manuteno limitando-se a remover

sintomas, sem tempo para utilizar mtodos eficazes de anlise de falhas. Lafraia [3]

tambm comenta que, na prtica, as companhias de operao no do ateno

suficiente para relatrios e anlises de falhas e que muitos programas de

manuteno trabalham com a sndrome operao/falha/conserto. O mesmo autor

enaltece que, por outro lado, os relatrios de falhas so importantes por produzir

informaes que podem ser utilizadas na anlise de confiabilidade de peas e

componentes. Esta anlise permite que um componente tenha sua capacidade de

produo e vida til otimizadas, evitando quedas de produo, custosdesnecessrios e garantindo operaes seguras.

Componentes mecnicos apresentam normalmente trs fases de taxa de falha1 [3]:

a) a primeira fase tambm chamada de mortalidade infantil e caracterizada pela

ocorrncia de falhas prematuras. Nesta fase, a taxa de falha decrescente e tem

como origem fatores de adaptao do componente ao sistema em que inserido

(por ex., amaciamento insuficiente de um mancal);

b) na segunda fase, o perodo de vida til caracterizado por taxa de falha

constante e, devido a isso, a aplicao de conceitos de confiabilidade na

manuteno adequada durante a mesma;

c) na terceira fase, chamada de perodo de desgaste, a taxa de falha passa a ser

crescente.

Verifica-se, portanto, que na abordagem da manuteno, h a necessidade de

orientaes para se tratar da falha por corroso, pois, para situaes em que a taxa

de falha no constante (primeira e terceira fases), no adequado se adotar a

teoria da confiabilidade.

1 Taxa de falha a relao entre o nmero de vezes que um componente falhou num intervalo detempo considerado. comum se medir a taxa de falhas para se tentar evitar que um componentechegue ao perodo de falhas por desgaste. A falha por corroso, juntamente com o desgaste e afadiga, classificada como pertencente terceira fase [3].


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1.2. Metodologia Adotada

Considerando o exposto anteriormente, partiu-se para a identificao de hipteses

que pudessem apontar as direes a serem tomadas para o desenvolvimento de

uma tcnica de anlise. No presente trabalho a seguinte hiptese foi considerada:

O uso de ferramentas consagradas na manuteno (TFA, FMEA, FMA, TPR,

Diagrama de Causa e Efeito), aliado a uma classificao e estratificao dos modos

de ataques corrosivos em ao, permite a proposio de uma sistemtica que auxilie

na investigao da causa da falha por corroso.

A metodologia proposta para a avaliao desta hiptese foi a seguinte:

a) estudou-se um determinado nmero de casos prticos e casos clssicos

disponveis na literatura, nos quais componentes mecnicos metlicos falharam com

a participao significativa de alguma forma de corroso metlica;

b) a rotina de anlise em campo e/ou em laboratrio para cada um desses casos foi

cuidadosamente observada e comparada;

c) foram selecionadas as aes mais comumente aplicadas nos diversos casos.

Nesta etapa, cada fase de anlise pode envolver:

c1) dados de montagem;

c2) dados de projeto;

c3) coleta da amostra;

c4) exame visual;

c5) exame fratogrfico;

c6) anlises qumicas;

c7) determinao das propriedades mecnicas;

c8) exame macroscpico;

c9) exame microscpico;

c10) exame microscpico de alta ampliao.

d) classificou-se, dentre os tipos de corroso verificados, aqueles que apresentaram

maior correlao com a corroso metlica na indstria metal-mecnica;


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e) as principais aes foram estratificadas, possibilitando a formao de nveis de

clulas para a construo de rvores de falhas;

f) a sistemtica foi aplicada por estudantes de engenharia2 em casos conhecidos de

falhas por corroso, com o objetivo de que os mesmos verificassem a potencialidade

da tcnica proposta no levantamento da causa da falha (ou dano), apesar da pouca

ou nenhuma experincia no assunto.

1.3. Objetivos

Com base no exposto anteriormente, pretendeu-se chegar s seguintes

contribuies:

a) agregar literatura uma sistemtica que auxilie na avaliao da causa de falha

quando constatado, a priori, que a corroso metlica est presente no processo;

b) definir ferramentas que permitam profissionais com pouca, ou relativa experincia

prtica no assunto, executar a pr-avaliao de falhas por corroso, possibilitando,

assim, reduzir o custo de muitas formas de avaliao;

c) aumentar o ciclo de vida de componentes mecnicos produzidos em metais, uma

vez que se dispondo de uma sistemtica de avaliao, esta poder ser utilizada em

carter preventivo como, por exemplo, na etapa de seleo de materiais;

d) propiciar intervenes de reparo mais simples e rpidas, o que demandar menos

tempo de manuteno em equipamentos que apresentarem falhas, no tocante ao

restabelecimento dos mesmos a sua condio funcional;

e) definir critrios de manuteno preventiva;

f) reduzir riscos de erro de diagnsticos de falhas;

e) contribuir para um dia-a-dia mais seguro do profissional de manuteno.

2Curso de Engenharia Industrial Mecnica do Campus Curitiba da UTFPR, 8 perodo.


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1.4. Organizao do Trabalho

O Captulo 2, relativo Reviso Bibliogrfica, dividido em trs partes, que se

consideradas simultaneamente, j indicam a proposta do trabalho. No Contexto da

Manuteno so apresentadas as principais ferramentas utilizadas na manuteno,

que tambm so sugeridas por Dennies [1] para se elaborar uma anlise de falhas.

No Contexto do Estudo da Corroso so apresentadas definies e caracterizados

os tipos principais de formao de pilhas eletroqumicas, o que permite a

identificao de regies andicas e catdicas, alm de serem apresentados os

principais meios corrosivos. Buscou-se organizar as variveis hierarquicamente, j

prevendo como estas devem ser arranjadas na construo das chamadas rvores

de falhas, ferramentas fundamentais no contexto deste trabalho. Neste item

apresentada ainda uma forma de caracterizao da regio andica pela tcnica de

comparao com padres visuais, como etapa do processo de anlise e no como

critrio nico para se chegar a uma concluso. A Metodologia de Dennies,

apresentada na seqncia, uma metodologia de anlise de falhas que se mostrou

adequada e de boa aplicabilidade ao assunto aqui tratado. Composta por nove

passos, o presente trabalho estar concentrado no terceiro deles, denominado

Objetividade e Clareza ao Identificar Todas as Causas-Raiz Possveis.

O Captulo 3 contempla os critrios que permitem responder aos questionamentos o

que e como executar a anlise de falhas tendo, como subsdios as variveis de

processos corrosivos reunidas no item Contexto do Estudo da Corroso (Captulo 2).

No Captulo 4 a sistemtica proposta aplicada a casos prticos e so apresentados

trs relatrios elaborados de acordo com a mesma.

No Captulo 5 so apresentadas concluses e sugestes para trabalhos futuros.

Por sua vez, o Captulo 6 rene as referncias consultadas.

Finalmente, o Anexo I apresenta, na ntegra, a Norma N-2561 da Petrobrs (padres

fotogrficos para avaliao de formas de deteriorao).


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2. REVISO BIBLIOGRFICA

2.1. O Contexto do Estudo da Manuteno

A bibliografia sobre a prtica de manuteno apresenta sugestes, roteiros e

tcnicas para se chegar origem de uma falha, podendo-se enumerar como

principais as seguintes ferramentas.

2.1.1. Anlise de rvore de Falhas (TFA, Tree Fault Analysis)

A Anlise de rvore de Falhas (Figura 1) [4] pode ter uma abordagem do tipo

qualitativa ou quantitativa. Na primeira, o objetivo pode ser determinar as causas

bsicas de um evento ou a seqncia que levou ao mesmo. Na segunda, busca-se

estabelecer a probabilidade de ocorrncia do evento [3].

De acordo com Klingelfus [5], a anlise de um sistema por rvore de falhas consiste

na construo de um diagrama lgico, atravs de um processo dedutivo, que

partindo de um evento indesejado pr-definido (normalmente um determinado modo

de falha de um sistema), busca as possveis causas de tal evento. O processo segueinvestigando as sucessivas combinaes de falhas dos componentes at atingir as

chamadas falhas bsicas (ou eventos bsicos), as quais constituem o limite de

resoluo da anlise. O evento indesejado comumente chamado de evento topo

da rvore.

Portanto, o conceito fundamental da anlise por rvores de falhas consiste na

traduo de um sistema fsico em um diagrama lgico estruturado, no qual certas

causas especficas conduzem a um evento topo de interesse. Esse diagrama lgico construdo usando-se os smbolos lgicos e de eventos mostrados na Tabela 1 [5].

Importantes informaes qualitativas podem ser obtidas de uma rvore de falhas por

meio da determinao dos seus cortes mnimos, que so conjuntos mnimos de

eventos bsicos cuja ocorrncia simultnea implica, por sua vez, na ocorrncia do

evento topo. Um corte mnimo formado por um nico evento bsico (corte mnimo de

primeira ordem) significa que a ocorrncia de um nico evento bsico pode causar a

falha do sistema. Este fato pode ser, por si s, uma indicao importante, caso se

refira a um sistema do qual se requer alta confiabilidade [3-5].


21/127

20

Figura 1 Exemplo de TFA [4].

Tabela 1 - Simbologia Utilizada na Construo da rvore de Falha [5].

Porto E

Evento de sada.

Ocorre se todos os

eventos de entradaocorrem.

Porto OU

Evento de sada. Ocorre

se pelo menos um dos

eventos de entradaocorre.

Evento Intermedirio (Retngulo)

Evento que resulta da combinao de

eventos de falha atravs do porto

lgico de entrada.

Evento Bsico (Crculo)

Evento de falha bsico que no

requer desenvolvimento

posterior. Dados de falhadisponveis.

E OU variveis =

A avaliao quantitativa da probabilidade de ocorrncia do evento topo pode ser

feita atravs das regras bsicas de quantificao dos portes lgicos E e OU,

conforme descrito a seguir [3, 5]:

a) Para um porto E com dois eventos bsicos, tem-se:

P(T) = P(1) . P(2) (1)


22/127

21

A probabilidade de ocorrncia do evento topo igual ao produto entre a

probabilidade do evento 1 e a probabilidade do evento 2.

b) Para um porto OU com dois eventos bsicos, tem-se:

P(T) = P(1) + P(2) P(1) . P(2) (2)

A probabilidade de ocorrncia do evento topo igual probabilidade do evento 1

mais a probabilidade do evento 2 menos o produto entre a probabilidade do evento 1

e a probabilidade do evento 2.

2.1.2. Anlise do Modo e Efeito da Falha (FMEA, Failure Mode and Effect

Analysis)

uma tcnica indutiva estruturada e lgica para identificar e/ou antecipar as causas

e efeitos de cada modo de falha de um sistema ou produto. A anlise resulta em

aes corretivas, classificadas de acordo com sua criticidade, para eliminar ou

compensar os modos de falhas e seus efeitos. A FMEA pode tambm ser utilizadacomo ferramenta de comunicao para identificar a importncia das caractersticas

do produto e do processo, suas funes e os efeitos das falhas [3]. Um exemplo

desta tcnica mostrado na Figura 2 [6].

2.1.3. Diagrama de Causa e Efeito

Tambm conhecido como diagrama espinha de peixe, principalmente usado em

reunies de trabalho para estudar as causas identificadas nas discusses originadas

durante essas reunies (Figura 3) [7].

Este diagrama, originalmente proposto por Kaoru Ishikawa na dcada de 60, j foi

bastante utilizado em ambientes industriais para a localizao de causas de

disperso de qualidade no produto e no processo de produo [7]. Ele uma

ferramenta grfica utilizada para explorar e representar opinies a respeito de fontes

de variaes em qualidade de processo, mas que pode perfeitamente ser utilizada

para a anlise de problemas organizacionais genricos. A utilizao deste diagrama


23/127

22

indicada em situaes onde existe um efeito indesejvel bem localizado e de

consenso entre os elementos envolvidos na anlise [7].

Pea/Componentes: - Elemento de Aquecimento

- Medidor de Potncia

Ano do Modelo: 1994

Lanamento Previsto do Produto: 06/dez/1994

Fornecedor Externo: Sim No

Eng. do Subsistema: Hishern

Eng. do Sistema: Braunemm

Data do FMEA:

Original: 07/11/94

Revisado: 20/11/94

Cdigo de

Identifi-

cao

Nome

N

Funo Modo de

Falha

Efeito S

E

V

O

C

O

Causa D

E

T

R

P

N

Aes

Recomen-

dadas

Situao

Atual

S05 Elem. de

Aquecimen

-to

Aquecer o

Ar

1. Elemento

quebrado

Ar quente

no sai

4 3 Choque

fsico

1 12

S06 Medidor

da Potncia

Variar

tempera-

tura e curso

de ar

1. Medidor de

Potncia

Falha

Tempera-

tura e

curso do ar

constan-

tes

5 1 Sobrecarga

Maior tempo

de operao

5 25 Recomenda-

es

finalizadas

em 20/11/94

Aprovaes:Gerente de Projeto: M. Schail Ahmed

Supervisor de Confiabilidade: S. Asif All

DET=DetecoRPN=ndice da Prioridade de Risco

OCO=Ocorrncia

SEV=Severidade

De acordo:Contr. de Qualidade do Staff:

Contr. de Qualidade da Fbrica:

Figura 2 Exemplo de FMEA [6].

Figura 3 Exemplo de Diagrama de Causa e Efeito [7].


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23

Adicionalmente, um diagrama de causa e efeito til para a identificao de

direcionadores que potencialmente levam ao efeito indesejvel. Ele uma

ferramenta analtica que, adotada por um grupo de projeto, parte de um "problema

de interesse" e possibilita a ocorrncia de um "brainstorming" visando identificar as

causas possveis para o problema.

No entanto, entende-se que o conceito de causa-raiz3 no propriamente expresso

no Diagrama de Causa e Efeito, pois o Diagrama de Ishikawa uma ferramenta

poderosa para a identificao dos direcionadores que potencialmente causam os

efeitos indesejveis. Estes direcionadores, por sua vez, tambm podem ser

originados por outras causas-raiz [7].

Sendo assim, o diagrama de Ishikawa conduz a uma diversidade de causas, sem

estabelecer exatamente quais as razes do problema. Ele apresenta como pontos

fortes [7]:

a) uma boa ferramenta de levantamento de direcionadores;

b) uma boa ferramenta de comunicao;

c) estabelece a relao entre o efeito e suas causas;

d) possibilita um detalhamento dessas causas.

Mas, tambm apresenta os seguintes pontos fracos [7]:

a) no apresenta os eventuais relacionamentos entre as diferentes causas;

b) no focaliza necessariamente as causas que devem efetivamente ser atacadas.

Desta forma, para sanar esses pontos fracos, sugerida a utilizao combinada do

Diagrama de Ishikawa com uma ferramenta de focalizao, como a rvore de Falhas

[7].

3 Causa-raiz a causa que quando identificada faz com que um problema passe a ser um erroconhecido.


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24

2.1.4. Tabulao do Modo de Falha (FMA, Failure Mode Assessment)

uma planilha eletrnica onde so relacionadas todas as possveis causas-raiz da

falha, tendo como objetivo definir qual a causa mais provvel (Figura 4) [1].

N Potencial Causa Raiz Probabilidade Prioridade Razo

1 Processo de bombeamento de

gua deficiente

1A Vedao da bomba danificada Provvel 1 Em inspeo visual detectaram-se

vazamentos de gua

O consumo de gua est alm do

normal

1A1 Folga nos mancais do eixo da

bomba

Improvvel 3 Os mancais no apresentam rudo

nem emisso sonora anormal

1A2 Rotor da bomba desbalanceado Improvvel 3 Idem 1A1

1B Perda de carga excessiva na

tubulao de recalque

Provvel 1 A tubulao longa apresenta

caractersticas de corroso

1B1 Incrustaes na tubulao de

recalque

Provvel 1 H indcios de corroso nas conexes

da tubulao

1B2 Tubulao sub-dimensionada Improvvel 3 O projeto est conforme

1C gua contendo impurezas Improvvel 3 A anlise da gua est satisfatria

1D Perda de carga na tubulao de

suco

Provvel 1 Tubulao danificada externamente

1D1 Incrustaes na tubulao de

suco

Provvel 1 Idem 1B1

1D2 Tubulao sub-dimensionada Improvvel 3 Idem 1B2

Figura 4 Exemplo de FMA [1].

2.1.5. Plano Tcnico para Resoluo (TPR, Technical Plan for Resolution)

Tambm de acordo com Dennies [1], o Plano Tcnico para Resoluo (TPR) uma

planilha eletrnica montada em um programa a partir da Tabulao do Modo de

Falha (FMA), na qual so adicionadas a esta mais quatro colunas, a saber:


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25

abordagem tcnica para resoluo, quem executar, quando executar, resultados

esperados (Figura 5).

As cinco ferramentas citadas nesta seo podem ser utilizadas, portanto, para

analisar a causa de uma falha por corroso. Uma situao ainda mais favorvel

pode ser obtida quando as mesmas so associadas a uma classificao de danos

por corroso, tendo-se em vista que a anlise de falha para casos especficos de

corroso pouco privilegiada pela literatura tcnica sobre manuteno.

N Potencial causa raiz Priori-

dade

Tcnica de resoluo Quem? Quando? Resultado

1 Processo de Bombeamento

de gua deficiente

1A Vedao da bomba

danificada

1 Substituir vedao Pessoal de

Manuteno

Corretiva

03/06/2005 Vazamento

estanque.

1A1 Folga nos mancais do eixo

da bomba

3

1A2 Rotor da bomba

desbalanceado

3

1B Perda de carga excessivana tubulao de recalque

1 Substituir trechos comincrustaes da

tubulao

Equipe deinstalaes

05/06/2005 Melhoria dofluxo de gua

1B1 Incrustaes na tubulao

de recalque

1 Substituir material das

conexes. Usar material

com estabilidade

eletroqumica compatvel

com a tubulao

Equipe de

compras e

equipe de

instalaes

05/06/2005 Evitar

corroso

galvnica

1B2 Tubulao sub-

dimensionada

3

1C gua contendo impurezas 3

1D Perda de carga na

tubulao de suco

1 Idem 1B Idem 1B Idem 1B Idem 1B

1D1 Incrustaes na tubulao

de suco

1 Idem 1B1 Idem 1B1 Idem 1B1 Idem 1B1

1D2 Tubulao sub-

dimensionada

3

Figura 5 Exemplo de TPR [1].


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26

2.2. O Contexto do Estudo da Corroso

Genericamente falando, a corroso um fenmeno de interface irreversvel, que

provoca a transformao de um metal atravs de sua interao qumica ou

eletroqumica com o meio em que se encontra, podendo estar ou no aliada a

esforos mecnicos e ainda ser induzida pela presena de bactrias [8-10].

Esquematicamente, tem-se a seguinte reao:

Formas clssicas de conceituar corroso metlica incluem muitas vezes os termos

inutilizao ou destruio do metal. Na conceituao aqui apresentada, o termo

transformao do metal foi intencionalmente empregado, acatando o argumento de

que nem sempre a corroso um fenmeno danoso ou indesejvel [11-13].

Sistemas de proteo catdica (usando materiais de sacrifcio, como o zinco),

tcnicas de revelao metalogrfica e processos de gravao em metais (utilizando

reagentes qumicos) so exemplos do uso benfico da corroso. Da mesma forma, a

corrente gerada nas pilhas e baterias no recarregveis resulta de processos de

corroso [10].

Conforme a Reao (3), a corroso est relacionada a interaes do tipo qumica ou

eletroqumica entre o metal e o meio, as quais provocam reaes homnimas

(reaes de oxi-reduo). Reaes qumicas so importantes para o desgaste de

materiais cermicos [8, 14], enquanto reaes eletroqumicas so responsveis por

praticamente todos os processos de corroso metlica em solues aquosas [9, 11,

15], alm dos casos de corroso atmosfrica e em alguns outros meios (por ex.,

corroso em solos na presena de umidade).

Com o intuito de fornecer subsdios mnimos para ilustrar a sistemtica de anlise de

falha proposta neste trabalho, sero apresentadas, a seguir, descries bastante

sucintas a respeito dos processos de corroso relacionados a reaes qumicas ou

eletroqumicas.

Interao qumica

ou eletroqumica

+Metal Meio

+

Produtos de

corroso(3)Energia


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27

2.2.1. Processo Qumico

O campo de abrangncia da dissoluo qumica bem mais restrito em comparao

ao da corroso eletroqumica, baseando-se principalmente na oxidao. No

obstante, a dissoluo qumica pode se dar tambm temperatura ambiente, em

meio gasoso e, ainda, em alguns meios lquidos. Nesse caso, ocorrem reaes

qumicas diretas entre o material metlico (ou no metlico) e o meio corrosivo, no

havendo gerao de corrente eltrica [10].

2.2.2. Processo Eletroqumico

A corroso eletroqumica, via de regra, se verifica na presena de um determinado

eletrlito. A reao de corroso composta de duas reaes parciais: uma reao

andica e uma reao catdica, as quais se processam em pontos distintos. A

reao andica uma reao de oxidao, na qual so liberados eltrons que se

deslocam para outros pontos do metal, onde ocorre a reao catdica, que uma

reao de reduo. A reao andica tem como conseqncia a dissoluo do

metal, ou seja, um processo de corroso, ao passo que a reao catdica conduz

reduo de espcies presentes no meio sem a participao do metal sobre o qual

ela ocorre. O mecanismo se traduz no funcionamento de uma pilha de corroso, que

requer quatro elementos essenciais para ocorrer, a saber:

a) uma rea onde se passa a reao andica, por isso mesmo denominada de rea

andica;

b) uma rea distinta daquela, onde se passa a reao catdica, por isso mesmo

denominada de rea catdica;

c) uma ligao metlica que une ambas as reas e por onde fluem os eltronsresultantes da reao andica;

d) um eletrlito em contato simultneo com as mesmas reas por onde fluem os ons

resultantes de ambas as reaes.

2.2.3. Caracterizao da Regio Andica

O nodo ou regio andica de simples identificao, pois, na maioria dos casos,

onde ocorre a falha, havendo, portanto, a manifestao do processo corrosivo, ainda


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28

que em alguns casos haja a necessidade do uso de microscopia ou anlises mais

apuradas para observ-la. Segundo Gentil [12], as formas (ou tipos) de corroso

podem ser apresentadas considerando-se a aparncia ou forma de ataque, as

diferentes causas da corroso e seus mecanismos. Assim, pode-se classificar

corroso segundo a morfologia, as causas ou mecanismos, os fatores mecnicos, o

meio corrosivo e quanto localizao do ataque.

2.2.3.1. Classificao Segundo a Morfologia

A morfologia ou aparncia da regio corroda tratada na literatura com muita

semelhana, ou seja, a denominao conforme o aspecto padronizada. Panossian

[11] Gentil [12] como Nunes e Dutra [16] adotam a seguinte classificao:

a) uniforme

A corroso se processa em toda a extenso e de forma contnua em uma superfcie,

ocorrendo perda uniforme da espessura (ver Figura 6). chamada por alguns de

corroso generalizada, mas, segundo Gentil [11] o termo generalizada tambm pode

ser usado para corroso por pite ou alveolar generalizada, isto , quando estes

ocorrem em toda a extenso da superfcie corroda.

b) por placas

A corroso se localiza em regies da superfcie metlica e no em toda a sua

extenso, formando placas com escavaes.

Figura 6 Corroso Generalizada Fundo de Tanque

Material: ASTM A 283 Gr. C [17].


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29

c) alveolar

A corroso se processa na superfcie metlica, produzindo sulcos ou escavaes.

Os alvolos gerados apresentam fundo arredondado e profundidade geralmente

menor que seu dimetro.

d) puntiforme ou por pite

A corroso se processa em pontos ou em pequenas reas localizadas na superfcie

metlica produzindo os pites, que so cavidades que apresentam o fundo em forma

angular e profundidade geralmente maior que seu dimetro.

e) intergranular ou intercristalina

A corroso ocorre entre os gros da rede cristalina do material metlico, o qual

perde suas propriedades mecnicas e pode fraturar quando solicitado por esforos

mecnicos. Este mecanismo popularmente chamado de Stress Corrosion Cracking

(SCC).

f) transgranular ou transcristalina

A corroso se processa nos gros da rede cristalina do material metlico, o qual,

perdendo suas propriedades mecnicas, poder fraturar menor solicitaomecnica, caracterizando tambm uma forma de SCC.

g) filiforme

A corroso se verifica sob forma de finos filamentos no profundos, que se

propagam em diferentes direes e que no se ultrapassam, pois se admite que o

produto de corroso, em estado coloidal, apresenta carga positiva, da a repulso.

h) por esfoliao

A corroso se processa de forma paralela superfcie metlica e observada em

algumas ligas de alumnio.

i) corroso seletiva graftica

Caso particular que ocorre no ferro fundido cinzento em temperatura ambiente. O

ferro metlico convertido em produtos de corroso, restando a grafite intacta, o que

torna a rea corroda com aspecto escurecido.


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30

j) corroso seletiva por dezincificao

a corroso que ocorre em ligas de cobre-zinco (lates), observando-se o

aparecimento de regies com colorao avermelhada contrastando com a colorao

amarela caracterstica dos lates.

k) corroso em torno de um cordo de solda

um tipo de corroso intergranular que se observa em torno de cordes de solda.

Ocorre principalmente em aos inoxidveis no estabilizados ou com teores de

carbono maiores que 0,03%.

l) empolamento pelo hidrognio

O hidrognio atmico penetra no material metlico e, como tem pequeno volume

atmico, difunde-se rapidamente aproveitando-se de regies com descontinuidades,

como vazios e incluses. A partir da ele se transforma em hidrognio molecular,

exercendo presso e formando bolhas. Esse tipo de avaria est relacionado

corroso devido ao fato da concentrao de hidrognio muitas vezes estar

relacionada polarizao do eletrodo.

2.2.3.2. Classificao de Graus de Corroso de Acordo Com a Norma N-2260

A norma Petrobrs N-2260 [17] de outubro de 1988, intitulada Graus de Corroso e

Tipos de Superfcies Avariadas e Preparadas, classifica graus de corroso, tipos de

avaria e preparao de superfcie em instalaes e estruturas submarinas de ao

por meio de registros fotogrficos, apresentando as seguintes definies:

a) quanto forma

a1) uniforme caracterizada por uma perda uniforme de material;

a2) alveolar caracterizada por apresentar cavidades na superfcie metlica,

possuindo fundo arredondado e profundidade geralmente menor que seu dimetro;

a3) pitiforme caracterizada por cavidades apresentando fundo em forma angular e

profundidade geralmente maior que seu dimetro.

b) quanto extenso(em relao a cada rea inspecionada)

b1) localizada corroso em um ponto isolado na rea considerada na inspeo;


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31

b2 )generalizada corroso em toda rea considerada na inspeo (rever Figura 6);

b3) dispersa corroso em vrios pontos isolados na rea considerada na inspeo.

c) quanto Intensidade (considerando a forma alveolar)

c1) leve alvolos que apresentam dimetro menor que 2 mm;

c2) mdia alvolos que apresentam dimetro entre 2 e 4 mm;

c3) severa alvolos que apresentam dimetro maior que 4 mm.

d) quanto Intensidade (considerando a forma uniforme) (Figura 7)

d1) tipo I reduo at 20% da sobre espessura de corroso (Figura 8);

d2) tipo II reduo de 20 a 60% da sobre espessura de corroso (Figura 9);d3) tipo III reduo alm de 60% da sobre espessura de corroso (Figura 10).

Figura 7 Sobre espessura de corroso Foto referencial paraa classificao de Corroso - Material: ASTM A 385 Gr [17].

Figura 8 Corroso Tipo I Material: ASTM A 285 Gr. [17].


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32

Figura 9 Corroso Tipo II Material: ASTM A 285 Gr [17].

Figura 10 Corroso Tipo III Material: A 285 Gr [17].

2.2.3.3. Padres Fotogrficos Para Avaliao de Formas de Deteriorao de

Acordo Com a Norma N-2561 da Petrobrs

A norma Petrobrs N2561 [18] de setembro de 1996, intitulada Padres

Fotogrficos para Avaliao de Formas de Deteriorao e cujo objetivo definir

padres para avaliao de deteriorao em instalaes industriais, define corroso

como sendo a deteriorao sofrida por um material metlico em conseqncia da

ao eletroqumica do meio, propondo uma classificao conforme apresentada no

Anexo I.

2.2.4. Caracterizao do Ctodo ou Regio Catdica

O ctodo ou regio catdica pode ser identificado como sendo um componente ou

regio com potencial eltrico superior ao potencial do nodo. Ainda, conforme a


34/127

33

formao das principais pilhas, o ctodo pode ser uma regio metalurgicamente

mais nobre, mais aerada, de maior concentrao inica, regio passivada ou regio

a uma temperatura diferente. A srie eletroqumica para o ambiente em questo

uma boa referncia para se identificar o ctodo uma vez conhecido o material do

nodo.

O funcionamento de pilhas eletroqumicas envolve uma importante grandeza, que se

denomina potencial do eletrodo. A sua ocorrncia se baseia no princpio de que

quando um metal entra em contato com um eletrlito, desenvolve-se entre estes

uma diferena de potencial eltrico que depende do metal, das espcies presentes

no eletrlito, alm de outras variveis. A explicao deste fenmeno devida a

tendncia natural da maioria dos metais a entrar em soluo quando em contato

com um eletrlito, passando assim para a forma inica. Isto acontece com os metais

ativos em relao aos meios aquosos e ocorre segundo a reao andica. Esta

reao prossegue at ocorrer a saturao do eletrlito com ons do metal, nas

imediaes da interface metal/meio, at a situao em que a entrada de um on a

mais na soluo provoca a reduo de outro on no prprio metal, mantendo o

equilbrio de cargas. A diferena de potencial , portanto explicada pela presena de

cargas eltricas de um sinal no eletrlito e de sinal oposto no metal formando uma

espcie de capacitor chamado de Dupla Camada Eltrica. Esta diferena de

potencial depende de muitos fatores, uns ligados ao metal e outros ligados ao

eletrlito como: tipo do eletrlito, concentrao, temperatura, grau de aerao e grau

de agitao. Se forem fixadas as variveis ligadas ao eletrlito, o potencial passa a

ser funo do metal e depender da propriedade deste.

A escala de potenciais ou srie eletromotriz (Tabela 2) [16] foi desenvolvida tendo

como referncia um eletrodo conhecido como eletrodo normal de hidrognio ao

qual foi atribudo o potencial nulo. Foi adotado o sinal negativo quando, numa clula

eletroqumica, os eltrons se deslocam do metal considerado para o eletrodo de

hidrognio e sinal positivo caso contrrio.

A srie eletromotriz estabelece condies padronizadas estando sujeita a vrias

limitaes, no podendo ser utilizada em casos prticos. Contudo ela d uma noo,

embora grosseira, da tendncia dos metais corroso quando em contato no

mesmo meio.


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34

Tabela 2 Srie Eletromotriz Potencial Padro de Reduo E0 a 25C [16].

Reao de Eletrodo Potencial E0 (Volt) Reao de Eletrodo Potencial E0 (Volt)

Li+ + e = Li

K++ e = K

Ba++ + 2e = Ba

Ca++ + 2e = Ca

Na+ + e = Na

Mg++ + 2e = Mg

Al+++ + 3e = Al

Ti++ + 2e = Ti

Zr++++ + 4e = Zr

Mn++ + 2e = Mn

Nb+++ + 3e = Nb

Zn++ + 2e = Zn

Cr+++ + 3e = Cr

Fe++ + 2e = Fe

Cd++ + 2e = Cd

Co++ + 2e = Co

-3,045

-2,925

-2,906

-2,866

-2,714

-2,363

-1,662

-1,628

-1,529

-1,180

-1.100

-0,762

-0,744

-0,440

-0,403

-0,277

Ni++ + 2e = Ni

Mo+++ + 3e = Mo

Sn+++ 2e = Sn

Pb++ + 2e = Pb

H+ + e = 1/2H2

Cu++ + e = Cu+

Cu++ + 2e = Cu

H2O + 1/2O2 + 2e = 2OH-

Fe+++ + e = Fe++

Hg2++ + 2e = 2Hg

Ag+ + e = Ag

Hg++ + 2e = Hg

Pd++ + 2e = Pd

Pt++ + 2e = Pt

O2 + 4H+ + 4e = 2H2O

Au+++ + 3e = Au

-0,250

-0,200

-0,136

-0,126

0,000

+0,153

+0,337

+0,401

+0,771

+0,778

+0,799

+0,854

+0,987

+1,190

+1,228

+1,498

Como na utilizao dos materiais dificilmente ocorrem as condies padro, deve

ser utilizada uma srie especfica para cada meio, sendo a mais difundida a srie

galvnica para a gua do mar (Tabela 3) [12].

Um fator importante na corroso galvnica a possibilidade de inverso de

polaridade de alguns materiais metlicos, devido presena de determinadas

substncias no meio corrosivo ou condies de temperatura. Um exemplo o

comportamento do estanho, que catdico em relao ao ferro na maioria dos

meios corrosivos, mas na presena de certos cidos orgnicos, que formam

complexos solveis com o estanho, este se torna andico em relao quele [12].

Da mesma forma, o cobre catdico em relao ao zinco, mas quando em presena

de cianeto de potssio torna-se uma pilha onde ele passa a ser o nodo. A

temperatura tambm pode ocasionar inverso de polaridade como, por exemplo, no

caso do zinco, uma vez que em meios corrosivos usuais ele andico em relao


36/127

35

ao ferro, mas em gua quente, acima de 60 C, a polaridade inverte-se e o zinco

torna-se catdico.

Tabela 3 - Srie Galvnica de Materiais Metlicos na gua do Mar [12].

Extremidade andica (corroso)

1. Magnsio

2. Ligas de Magnsio

3. Zinco

4. Alclad 38

5. Alumnio 3S

6. Alumnio 61S

7. Alumnio 63S

8. Alumnio 52

9. Cdmio

10. Ao Doce11. Ao baixo teor de liga

12. Ao-liga

13. Ferro fundido

14. Ao AISI 410 (ativo)




18. Chumbo

19. Estanho

20. Nquel (ativo)

21. Inconel (ativo)

22. Metal Muntz

23. Lato Amarelo

24. Lato Almirantado

25. Lato Alumnio26. Lato Vermelho

27. Cobre

28. Bronze

29. Cupro-Nquel 90/10

30. Cupro-Nquel 70/30 (baixo teorde ferro)

31. Cupro-Nquel 70/30 (alto teorde ferro)

32. Nquel (passivo)

33. Inconel (passivo)

34. Monel

35. Hastelloy C

36. Ao AISI 410 (passivo)




40. Titnio

41. Prata

42. Grafite

43. Ouro

44. Platina

Extremidade catdica (proteo)

A formao de pelculas de produtos de corroso sobre a superfcie metlica, em

alguns casos, responsvel pela inverso de polaridade. Este fenmeno chamado

de passivao e implica na modificao do potencial de um eletrodo no sentido demenor atividade (mais catdico ou mais nobre). Metais ou ligas metlicas que se

passivam so formadores destas pelculas protetoras. O alumnio torna-se passivo

em meio oxidante devido formao da pelcula de alumina (Al2O3), o cromo, nquel,

titnio, ao inoxidvel tambm se passivam na grande maioria dos meios corrosivos,

especialmente na atmosfera. O chumbo se passiva na presena de cido sulfrico.

O ferro se passiva na presena de cido ntrico concentrado e no se passiva na

presena de cido ntrico diludo. A maioria dos metais e ligas passivam-se napresena de meios bsicos, com exceo dos metais anfteros (alumnio, zinco,

chumbo, estanho e antimnio) [19].

2.2.5. Caracterizao da Formao da Pilha

Conforme visto anteriormente, a pilha eletroqumica constituda de um nodo (ou

regio andica) e um ctodo (ou regio catdica), ligados de modo a permitir

transferncia de eltrons entre si quando ambas as regies esto em contato com


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um eletrlito. Teoricamente, conforme mostra a equao de Nerst [11], uma pilha

pode se originar a partir da variao de trs fatores:

a) o potencial de equilbrio da reao (E0e);

b) a atividade do metal (az+Me);

c) a temperatura da reao (T).

2.2.5.1. A Equao de Nerst

a) Energia livre qumica

Para se verificar se uma reao qumica ser espontnea quando realizada

presso e temperatura constantes, deve-se calcular a variao de energia livre dosistema, G. Se G negativa, o processo ser espontneo. Se G zero, os

estados inicial (reagentes) e final (produtos) podem existir em equilbrio um com o

outro, sem variao efetiva de energia. Se G positiva, a reao no ocorrer

espontaneamente, mas sim o seu inverso.

O clculo de G de uma dada reao feito considerando-se a diferena entre a

energia livre de formao de todos os produtos e a energia livre de formao de

todos os reagentes. Considerando-se a representao da seguinte reao qumica:

A +B C + D (4)

A variao de energia livre dada por:

G = Gf(C) + Gf(D) Gf(A) Gf(B) (5)

ou G = xiGfi(produtos) - yiGfi(reagentes) (6)

onde:

G = variao da energia livre da reao;Gfi(produtos) = energia livre de formao dos produtos;

Gfi(reagentes) = energia livre de formao dos reagentes;

xi= nmero estequiomtrico dos produtos;

yi= nmero estequiomtrico dos reagentes.

Uma vez calculada a variao de energia livre de reao, pode-se verificar se esta

ser espontnea. No se deve esquecer, no entanto, que as energias de formaodos compostos so tabeladas em seus estados padro, com a denominao energia


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livre padro de formao Gf, que definida como a variao de energia livre

envolvida quando um mol de um composto em seu estado padro se forma, a partir

de seus elementos nos seus estados padro. Por definio, a energia livre padro

de formao de todos os elementos zero. O estado padro de um composto

aquele em que o mesmo se encontra em sua forma estvel, presso de 1 atm e a

uma temperatura especfica que, freqentemente, mas no necessariamente, 25

C. Tendo-se uma reao qumica, pode-se verificar sua espontaneidade por meio

da determinao da variao da energia livre padro Gda reao, dada por:

G= xiGfi(produtos) - G

fi(reagentes) (7)

onde os valores de Gftanto dos produtos como dos reagentes so tabelados. Para

calcular a variao de energia livre de uma reao em que nem todos os produtos

e/ou reagentes esto em seus estados padro, utiliza-se a expresso que relaciona

a variao de energia livre com a constante de equilbrio da reao, representada

por:

G =G + RTlnK (8)

onde:

K= constante de equilbrio da reao em questo;T= temperatura em Kelvin;

R= constante universal dos gases.

b) Energia Livre Eletroqumica

A energia livre qumica utilizada para a verificao da espontaneidade das reaes

qumicas nas quais no ocorre redistribuio de cargas. No entanto, numa reao

eletroqumica, uma ou mais espcies perdem eltrons enquanto que outras ganham,

isto , ocorre uma redistribuio de cargas, havendo a necessidade de se realizar

trabalho eltrico. Nesse tipo de sistema, a variao de energia livre qumica no ser

a grandeza adequada para se estudar a espontaneidade das reaes, visto que so

desconsideradas as variaes de energia eltrica envolvidas. Nesse caso, a

grandeza a ser considerada a variao de energia livre eletroqumica, . Esta

obtida acrescentando-se variao de energia livre qumica um termo referente

variao de energia eltrica, ou seja, o trabalho eltrico necessrio para a


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redistribuio de cargas. A expresso matemtica que representa esta situao a

seguinte:

=G + q (9)

onde:

= variao de energia livre eletroqumica;

G = variao de energia livre qumica;

q = trabalho eltrico;

= diferena de potencial eltrico.

Assim, nos casos das reaes eletroqumicas, a espontaneidade ser verificada

considerando-se a variao da energia livre eletroqumica,.

c) Equao de Nerst

Quando se definiu o potencial de equilbrio, no se fez referncia a respeito da

concentrao dos ons metlicos no eletrlito. No entanto, se fossem considerados

vrios eletrlitos contendo diversas concentraes de ons metlicos e, caso se

determinasse o potencial de equilbrio, verificar-se-ia que os valores obtidos seriam

diferentes, notando-se uma dependncia em funo da concentrao. Atravs de

consideraes termodinmicas possvel verificar como ocorre esta dependncia.

A variao da energia livre qumica de uma reao, em que nem todos os produtos

e/ou reagentes esto em seus estados padro, dada pela expresso:

G =G + RTlnK (10)

Relacionando a variao de energia livre qumica com o potencial de equilbrio de

reao, tem-se:

G = -zFEe (11)

Sendo Ee o potencial de equilbrio de uma reao em que todos os produtos e os

reagentes esto em seus estados padro. Esse potencial obtido por meio da

seguinte expresso:

G= -zFEe (12)


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Como a variao de energia livre qumica padro de uma dada reao pode ser

obtida a partir das energias livres de formao das espcies qumicas envolvidas,

conclui-se que o potencial de equilbrio padro tambm poder ser determinado

utilizando a expresso (12).

A equao resultante ser determinada pelo potencial de equilbrio de uma reao

em que nem todos os reagentes e/ou produtos esto nos seus estados padro, a

partir do conhecimento do potencial de equilbrio padro.

Substituindo as expresses (11) e (12) em (10), tem-se:

-zFEe = -zFEe + RTlnK (13)

Dividindo porzFa equao acima, tem-se:

Ee = Ee RTlnK/ [zF] (14)

Considerando-se a reao:

Mez+ + ze Me (15)

tem -se que a sua constante de equilbrio dada por:

K = 1/[az+Me] (16)

Como a atividade do metal aMe, sendo este puro, e a atividade dos eltrons no metal

so unitrias, tem-se que:

K = 1/[az+Me] (17)

Substituindo (17) em (14):

Ee = Ee + RTlnaz+

Me/[zF] (18)

A equao (18) uma relao quantitativa que permite calcular a fora eletromotrizde uma pilha, para concentraes de ons diferentes de uma unidade. tambm

usado para clculos em ttulao de oxi-reduo, sendo expressa geralmente na

forma:

E = E - (0,0591 logQ)/n (19)

onde:

E= fora eletromotriz ou potencial normal da pilha correspondente;

n = nmero de eltrons transferidos;


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Q = quociente de reao.

Esse quociente o produto das concentraes das espcies ativas do segundo

membro da reao de oxi-reduo, elevadas a seus respectivos coeficientes

estequiomtricos (coeficientes que precedem as frmulas na equao qumica

equilibrada), e seu denominador o produto anlogo das concentraes dos

reagentes.

Quando a concentrao em uma pilha alcana o estado de equilbrio, a fora

eletromotriz da pilha torna-se zero, o quociente de reao coincide com a constante

de equilbrio e a equao de Nerst , ento, expressa da seguinte maneira:

logK = nE/0,059 (20)

Essa expresso possibilita o clculo da constante de equilbrio, tendo como base a

fora eletromotriz normal. Assim, o potencial padro de uma pilha est relacionado

com a constante de equilbrio da reao de funcionamento da pilha.

Em uma abordagem prtica, os trs tipos de pilhas de corroso eletroqumica que

podem se formar de acordo com a equao de Nerst podem ser sub divididas, pois a

literatura [11,12,16] apresenta algumas denominaes como: pilha de eletrodosmetlicos diferentes, pilha ativa-passiva, pilha de ao local, pilha de concentrao

inica, pilha de aerao diferencial, pilha eletroltica e ainda a pilha de temperaturas

diferentes. O tratamento de um estudo de caso pela metodologia proposta dever

enquadr-lo em um destes tipos de pilha, geralmente o predominante, pois comum

se observar mais de um destes tipos de pilha agindo simultaneamente.

2.2.5.2. Pilha de Eletrodos Diferentes

o tipo de pilha de corroso que ocorre quando dois metais ou ligas diferentes

esto em contato e imersos em um mesmo eletrlito. Nesta situao o metal mais

ativo na tabela funciona como nodo e, portanto, ser corrodo. A Figura 11 [19]

representa esquematicamente este tipo de pilha.

A taxa de corroso do metal menos nobre e da eficincia de proteo ao metal mais

nobre, num par galvnico, depender dos seguintes fatores [12]:


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a) potenciais de corroso de cada um dos metais constituintes do par no meio

considerado;

b) polarizao da reao catdica sobre a superfcie do metal mais nobre e da

polarizao da reao andica do metal menos nobre;

Figura 11 Pilha de Eletrodos Diferentes [19].

A polarizao pode ser interpretada como a dificuldade com que uma reao ocorre

sobre um metal. Assim, diz-se que a reao catdica sobre o metal mais nobre

pouco polarizada quando esta reao ocorre facilmente, ou seja, a cintica da

reao rpida. Do mesmo modo, diz-se tambm que a reao catdica sobre o

metal mais nobre muito polarizada, quando esta reao ocorre com dificuldade, ou

seja, a cintica da reao lenta.

c) natureza do meio;

O meio influencia na intensidade do ataque do metal menos nobre, no grau de

proteo do metal mais nobre, na extenso da ao galvnica em termos de rea

atingida, determinar qual o metal ser o anodo e qual o catodo, podendo haverinverso de polaridade, na cintica das reaes. Outro fator de grande relevncia na

corroso galvnica a condutividade do meio. No caso de dois metais em contato

direto, imersos em meios de alta condutividade, a ao galvnica entre ambos faz

sentir por toda a superfcie exposta, o mesmo ocorrendo na proteo do metal mais

nobre. medida que a condutividade do meio diminui, a ao galvnica fica restrita

s vizinhanas da juno entre os metais.


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d) fatores geomtricos;

A rea relativa dos metais constituintes do par (quanto menor for a rea andica em

relao catdica maior a taxa de corroso) e distncia entre os mesmos.

e) produtos das reaes, natureza do metal mais nobre e tipo da reao catdica

tambm influenciam.

2.2.5.3. Pilha Ativa-Passiva

Conforme j visto, alguns metais e ligas tendem a se tornar passivos devido

formao de uma pelcula fina e aderente de xido ou outro composto insolvel nas

suas superfcies. A passivao faz com que esses materiais passem a funcionarcomo reas catdicas. O on cloreto e em menor escala o brometo e o iodeto, em

alguns casos, destroem e impedem a passivao. Os ons penetram atravs de

poros ou falhas da camada passivadora e como a destruio da passivida no

ocorre em toda a exteno da pelcula, e sim em pontos determinados geralmente

pela variao da espessura e variaes na estrutura desta pelcula formam-se

pequenos nodos circundados por grandes ctodos proporcionando uma taxa

relativamente alta de corroso. A destruio da passividade tambm pode ocorrer

por meio de riscos na camada de xido, tornando exposta uma superfcie metlica

ativa que funcionar como nodo [12]. Uma representao esquemtica da pilha

ativa-passiva mostrada na Figura 12 [19].

2.2.5.4. Pilha de Ao Local

A presena de heterogeneidades ligadas superfcie de um mesmo material gera a

ocorrncia de pilhas localizadas (Figura 13) que podem ser conseqncia de [16]:

a) variaes na composio qumica do gro;

b) presena de incluses;

c) concentrao de tenses;

d) variao na temperatura;

e) variaes nos contornos de gros;

f) variao no tamanho de gro.


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Figura 12 Pilha Ativa-Passiva [19].

Figura 13 Pilha de Ao Local [19].

Na metodologia proposta neste trabalho, esse tipo de pilha ser utilizado quando,

aparentemente, houver um nico material e o eletrlito puder ser considerado

homogneo.

2.2.5.5. Pilha de Concentrao Inica Diferencial

Este tipo de pilha ocorre quando uma pea metlica est em contato com um

eletrlito que apresenta, em sua massa, regies de diferentes concentraes de ons

do prprio metal. A parte da pea que est em contato com a soluo mais

concentrada funciona como ctodo da pilha.

As principais heterogeneidades do eletrlito so [16]:


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a) variaes na concentrao (Figura 14) [19];

b) variaes no grau de aerao do eletrlito;

c) variaes na temperatura do eletrlito;

d) variaes no grau de agitao;

e) variaes na resistividade eltrica.

A pilha de resistividade eltrica diferencial uma importante pilha que ocorre em

tubulaes enterradas. Na metodologia proposta neste trabalho, esse tipo de pilha

ser levado em conta quando for possvel considerar o metal homogneo.

Figura 14 Pilha de Concentrao Inica Diferencial [19].

2.2.5.6. Pilha de Aerao Diferencial

O potencial de corroso resultado do balano entre a reao de oxidao do

metal e a reao de reduo do oxidante contido no eletrlito. Qualquer variao

local de composio deste ltimo poder propiciar o surgimento de corroso. Alm

da existncia de gua, o oxignio tambm deve estar presente para que o processo

de corroso possa acontecer. Uma das reaes catdicas de grande importncia noprocesso de corroso dos metais no solo a de reduo do oxignio dissolvido na

gua, gerando hidroxilas, por conseqncia, a aerao do solo fator de grande

importncia no processo.

No solo, em grandes profundidades (maiores do que 10m), a velocidade de corroso

deixa de ser controlada preferencialmente pela resistividade e passa a ser

determinada pela disponibilidade de oxignio dissolvido nas guas subterrneas,

isto , a difuso limita a velocidade de corroso. Quando o ao carbono colocado


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em um eletrlito neutro (p.ex.: NaCl), pode-se observar o ataque intenso nas regies

pouco aeradas e a reduo catdica nas regies aeradas. O pH das regies aeradas

(reas catdicas) se torna mais alto devido reduo do oxignio, envolvendo a

formao de ons hidroxila (o que contribui para a passivao local do material). Se o

material passivvel, a corroso da regio menos ventilada pode se tornar muito

maior do que aquela da regio ventilada. A corroso por aerao diferencial a

responsvel, por exemplo, pelo ataque abaixo da linha d'gua de navios e em

estruturas enterradas em solos onde a permeabilidade do oxignio desigual. No

caso de materiais que no desenvolvem pelcula passiva, a corroso da regio

menos ventilada no ser superior quela observada na regio mais ventilada [12].

A corroso bimetlica bastante comum e destrutiva, mas, clulas de aerao

diferencial, causadas por diferenas no nvel de oxigenao do eletrlito so ainda

mais comumente observadas, e costumam causar estragos ainda maiores. Uma

clula de aerao diferencial (Figura 15) [19] pode ser desenvolvida em qualquer

situao onde a gua estiver em contato com uma superfcie, ainda, em frestas,

esse tipo de pilha freqentemente observada.

Figura 15 Clula de Aerao Diferencial [19].

Impurezas depositadas que absorvem ou mantm gua ou lama, produtos de

corroso, folhas, tecidos e papel em contato com a estrutura promovem a formao

de pilhas de aerao diferencial. Materiais porosos e absorventes utilizados como

isolantes trmicos, isolantes acsticos, podem absorver gua como uma esponja,

possibilitando a ocorrncia de clulas de aerao diferencial na interface material

absorvente/metal.


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A Tabela 4 apresenta um quadro-resumo organizado por Panossian [11] da corroso

por aerao diferencial, apontando o que se observa quando a superfcie de um

metal apresenta uma regio em contato com uma soluo em que a concentrao

de oxignio maior (regio aerada), e outra, em contato com a mesma soluo, com

concentrao menor de oxignio ou ausncia deste (regio menos aerada ou

desaerada). A partir dos dados da tabela possvel concluir que nem sempre em

uma clula de aerao diferencial o metal em contato com a soluo desaerada

sofre corroso, enquanto o metal em contato com a regio aerada protegido, pois

esta questo vai depender da natureza do metal e de variveis do meio.

Tabela 4 - Quadro-Resumo da Corroso por Aerao Diferencial Considerando aReduo de Oxignio como a Principal Reao Catdica [11].

Condio que prevalece Exemplos prticos O que ocorre

O metal no se passiva

Ferro ou zinco em soluesacidas ou neutrastamponadas, ferro emsolues muito alcalinas;zinco em soluesmoderadamente alcalinas.

O metal em contato com a soluo aerada (M1) apresentara

taxa de corroso igual ou sempre maior do que o metal em

contato com a soluo desaerada (M2). A taxa de corroso do

metal M, ser mnima e correspondente a 50% da perda total

de massa do sistema no caso de se ter resistividade

desprezvel do meio. Nestas condies, a taxa de corroso do

metal M, ser igual a taxa de corroso do metal M2. A taxa de

corroso do metal M, ser tanto maior quanto maior for o valor

da resistividade do meio, atingindo um valor Mximo nos casos

em que a resistividade do meio for muito elevada. Nesta

situao, tudo se passar como se o metal em contato com a

soluo aerada estivesse eletricamente isolado do metal em

contato com a situao desaerada.

O metal em contato com asoluo aerada sofrepassivao logo aps sua

imerso no eletrlito oudecorrido algum tempo apssua imerso.

Ferro em soluo neutrano tamponada.

O metal em contato com a soluo aerada (M1), estandopassivado, apresentar uma taxa de corroso desprezvel emuito menor do que a taxa de corroso do metal em contato

com a soluo desaerada M2. A taxa de corroso do metal M2ser mxima quando a resistividade do meio for desprezvel. Amedida que a resistividade do meio aumenta, a taxa decorroso de M2 vai diminuindo at um valor mnimocorrespondente a resistividade muito elevada do meio,situao em que tudo se passa como se os metais M1 e M2estivessem eletricamente isolados.

O metal passiva-seindependente daconcentrao de oxignio.

Ferro em soluomoderadamente alcalina.

O metal estando passivo sofrer taxa de corroso desprezvel,tanto na regio em contato com a soluo aerada comodesaerada, no se notando nenhuma influncia de aeraodiferencial.


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2.2.5.7. Pilha Eletroltica

Grande parte dos tipos de corroso envolve processos eletroqumicos espontneos,

onde a diferena de potencial se origina dos potenciais prprios dos materiais

metlicos no processo. No caso da corroso eletroltica, verificados a diferena de

potencial causada por um meio externo, podendo causar uma corroso acentuada

em dutos enterrados, gasodutos, cabos telefnicos, entre outros casos.

Com a diferena de potencial instalada, surgem correntes de fuga, tambm

chamadas de parasitas, vagabundas, esprias ou de interferncia. As correntes

abandonam o circuito original, penetram no solo, e, atravs dele, retornam ao

circuito. Esse caso tambm verificado em dutos envoltos por gua. Essas

correntes so muito maiores do que as correntes de pilhas naturais (causadas pela

simples diferena de potencial dos materiais), e, devido a variaes do meio em que

se encontram, pode-se ter uma corroso intensa e com velocidade alta.

Esse tipo de corroso observado chamado de corroso eletroltica, e, segundo

Gentil [12], a deteriorao da superfcie de um metal forada a funcionar como

nodo ativo de uma cuba ou pilha eletroltica. Ou seja, atravs do meio externo, o

metal de uma tubulao ser deteriorado, funcionando como um nodo, resultando

em perda de material.

A corroso eletroltica (Figura 16) [19] geralmente localizada, e como ocorre em

alta velocidade, a perfurao da espessura de parede do duto ocorre em pouco

tempo, causando vazamentos repentinos.

Figura 16 - Corroso Por Corrente de Fuga [19].


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Os problemas com corrente de fuga se devem ao fundamento sobre o qual so

feitos os desenhos para os sistemas frrico-eltricos, onde a corrente volta para as

subestaes atravs dos trilhos. O solo em volta dos trilhos pode ser visto como um

condutor paralelo para a corrente de retorno. A magnitude da corrente de fuga ser

maior quanto menor for a resistncia do solo. Qualquer estrutura metlica no solo

tender a atrair a corrente de fuga, uma vez que representa um caminho de baixa

resistncia.

Essas correntes de fuga tendem a ser altamente dinmicas, com a magnitude da

corrente variando conforme o uso dos trens, por exemplo, a posio relativa e o grau

de acelerao dos mesmos. Fundamentalmente, os seguintes fatores tm efeito no

grau de corroso por corrente de fuga: magnitude da corrente de propulso,

espaamento das subestaes, mtodo de aterramento das subestaes,

resistncia dos trilhos, uso e localizao de junes em cruz e ligaes isoladas,

isolamento trilho-solo e a voltagem do sistema de fora.

2.2.5.8. Pilha de Temperaturas Diferentes

Tambm chamada de pilha termogalvnica este tipo de pilha constituda de um

mesmo material metlico, estando as regies andicas e catdicas a temperaturas

distintas. Geralmente ocorre quando se tem um material metlico imerso em

eletrlito que apresenta reas diferentemente aquecidas. A elevao da temperatura

aumenta a velocidade das reaes eletroqumicas, bem como a velocidade de

difuso, pode-se portanto, admitir que o aumento da temperatura torna mais rpido o

processo corrosivo. Entretanto, alguns fatores so considerados para explicar os

casos em que o processo corrosivo diminui com o aumento da temperatura. Um

deles o da influncia da elevao de temperatura na eliminao de gasesdissolvidos, como por exemplo, oxignio, diminuindo a corroso. Tambm a

influncia da elevao da temperatura sobre pelculas protetoras deve ser

considerada, pois se algumas de suas propriedades (porosidade, volatilidade e

plasticidade) variarem com a temperatura, a velocidade de corroso tambm ir

variar. Exemplos [12]:

a) em soluo de CuSO4, o eletrodo de cobre em temperatura mais elevada o

ctodo e o eletrodo de mesmo material na temperatura mais baixa o nodo;


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b) o chumbo em contato com seus sais age da maneira descrita acima;

c) a prata tem polaridade inversa aos exemplos anteriores;

d) o ferro imerso em solues diludas e aeradas de NaCl tem como nodo a partemais aquecida, mas aps algumas horas (dependendo da agitao e da aerao)

a polaridade pode se inverter.

2.2.6. Caracterizao do Eletrlito ou Meio Corrosivo

Segundo Gentil [12] os meios corrosivos mais freqentemente encontrados so: a

atmosfera; a gua; o solo e produtos qumicos e, em menor escala; alimentos,

substncias fundidas; solventes orgnicos, madeiras e plsticos.

2.2.6.1. Corroso Pela Atmosfera

a) classificao da atmosfera corrosiva de acordo com as suas caractersticas [11]

a1) ambiente rural;

No apresenta contaminantes qumicos fortes, contm poeiras orgnicas e

inorgnicas que podem promover ambiente corrosivo quando em mistura com

elementos gasosos, alta umidade relativa, intensa luz solar e longos perodos de

condensao.

a2) ambiente urbano;

Apresenta em sua composio fumos e sulfatos provenientes da combusto que em

presena de alta umidade relativa e condensao pode estabelecer elevada taxa de

corroso, pois promove uma interao mais intensa dos poluentes perante

estruturas metlicas.

a3) ambiente industrial;

Altamente corrosivo, verificando-se a presena de compostos de enxofre,

provenientes da queima de leo, carvo e outros. O SO2 se oxida por vrios

processos catalticos a cido sulfrico, se depositando sobre superfcies expostas

resultando num cido hidratado em presena de orvalho.

a4) ambiente marinho;


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O cloreto o principal agente contaminante. As finas partculas de sais marinhos

podem ser levadas pelo vento e sedimentam sobre as superfcies metlicas

expostas. A quantidade destas partculas no ar diminui rapidamente ao se distanciar

da orla martima.

a5) ambiente marinho-industrial.

notvel a presena de ons cloretos e compostos de enxofre devido emisso de

SO2, SO3, H2S e outros, na atmosfera, pela queima de combustveis fsseis.

Caracteriza-se por regies litorneas altamente industrializadas, normalmente

prximas de portos.

b) fatores que influenciam na ao corrosiva da atmosfera

b1) umidade relativa;

temperatura ambiente e em atmosfera seca a corroso atmosfrica sobre

superfcies metlicas pode, do ponto de vista prtico, ser ignorada. Entretanto,

adquire especial relevncia sobre superfcies midas, visto que, por estar associada

a um mecanismo essencialmente eletroqumico, a umidade relativa exerce um papel

decisivo no processo. Abaixo de um determinado nvel de umidade relativa, a

corroso torna-se insignificante, pois no existe poro aprecivel de eletrlito sobre

o metal. Geralmen

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KOZLIK, Antonio Junior