Alguns fundamentos da corrosão

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Alguns fundamentos da corrosão

Introdução

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Com exceção de alguns qualificados de nobres, os metais são quase sempre encontrados na natureza na forma de compostos: óxidos, sulfetos, etc. Isso significa que esses compostos são as formas mais estáveis para os respectivos elementos na natureza.

A corrosão pode ser vista como nada mais que a tendência ao retorno para um composto estável. Assim, por exemplo, quando uma peça de aço enferruja, o ferro, principal componente, está retornando à forma de óxido, que é o composto original do minério.

Muita energia e insumos são gastos na cadeia produtiva, desde a extração do minério até a transformação do metal em algo utilizável. Tudo isso se perde na corrosão. Aspectos econômicos não são do escopo desta página, mas é possível imaginar que as perdas por corrosão contribuem de forma significativa para a ineficiência dos processos produtivos como um todo.

A corrosão pode manifestar-se de várias formas. Algumas são mais freqüentes que outras, e a ocorrência depende muito do ambiente e dos processos usados. Alguns tipos comuns são a seguir resumidamente descritos.

Corrosão pelo ar: A maioria dos metais tende a se combinar com o oxigênio do ar, produzindo os respectivos óxidos. Não considerando a ação de vapores contidos no ar (de água, etc), esse processo se dá de forma lenta para o ferro em temperaturas usuais de ambientes.

Entretanto, em alguns metais como o alumínio a corrosão é rápida mas acontece o fenômeno da apassivação: a camada de óxido formada na superfície isola o oxigênio e impede a continuação do processo.

A presença de vapor d'água acelera a corrosão e ainda mais se tais vapores contém substâncias agressivas como sais ou ácidos. Ocorre em muitos ambientes industriais, locais próximos ao mar, etc.

A prevenção e o combate dependem de cada caso. Métodos comuns são, por exemplo, uso de tintas protetoras, tratamentos superficiais como niquelagem, cromagem, fosfatização, etc. É evidente que em alguns casos pode ser viável o uso de materiais mais adequados. Exemplo: alumínio ou plástico no lugar do aço.
Corrosão por ação direta: Pode-se incluir neste item os casos em que o metal está diretamente em contato com substâncias que o atacam. É comum em processos industriais. Exemplos: soluções químicas, sais ou outros metais fundidos, atmosferas agressivas em fornos, etc. A prevenção e controle são específicos para cada caso.
Corrosão biológica: Microorganismos também podem provocar corrosão em metais. Isso é particularmente importante em indústrias alimentícias e similares.

A corrosão galvânica é um tipo importante, que será descrito com alguns detalhes no próximo tópico.

Corrosão galvânica

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É provavelmente o tipo mais comum, porque a corrosão em função da água quase sempre se deve ao processo galvânico. Alguns casos típicos são reservatórios, tubulações ou estruturas expostas ao tempo, submersas ou subterrâneas. Nessas condições, há a presença, constante ou não, de água, que favorece a formação de células galvânicas.

O fenômeno pode ser visto no modelo de uma célula galvânica conforme Figura 01.

Fig 01

Dois eletrodos de materiais diferentes são imersos em um eletrólito e são eletricamente ligados entre si. Nessas condições, as reações eletroquímicas serão:

No catodo: O₂ + 4e⁻ + 2H₂O → 4OH⁻

No anodo: 2Fe → 2Fe⁺⁺ + 4e⁻

Portanto, no anodo ocorre uma reação de oxidação (corrosão do material) e no catodo, uma reação de redução.

Os íons OH⁻ e Fe⁺⁺ combinam-se para formar Fe(OH)₂ (ferrugem).

É necessário que os materiais do anodo e catodo sejam diferentes, ou melhor, apresentem potenciais de oxidação (tensão gerada por cada em relação a um eletrodo neutro de referência) diferentes.

A tabela abaixo dá os valores práticos de potenciais de vários metais, em solos e água, medidos em relação a um eletrodo de referência. Quanto mais negativo o potencial, mais anódico será a sua condição, ou seja, mais sujeito à corrosão.

Material	Pot (volts)
Magnésio comercialmente puro	− 1,75
Liga de Mg (6% Al, 3% Zn, 0,15% Mn)	− 1,60
Zinco	− 1,10
Liga de alumínio (5% Zn)	− 1,05
Alumínio comercialmente puro	− 0,80
Aço estrutural (limpo e brilhante)	− 0,50 / − 0,80
Aço estrutural (enferrujado)	− 0,40 / − 0,55
Ferro fundido branco, chumbo	− 0,50
Aço estrutural no concreto	− 0,20
Cobre, latão, bronze	− 0,20

Na prática, as células galvânicas se formam devido às diferenças de materiais existentes como soldas, conexões ou simples diferenças superficiais no mesmo metal. O eletrólito pode ser a água contida no solo ou em contato direto com o líquido.

Algumas construções práticas podem agravar o problema da corrosão.

Exemplo: se uma tubulação subterrânea de cobre é assentada junto a uma de aço. Se houver, de alguma forma, um contato elétrico entre ambas, haverá a formação de uma extensa célula galvânica que aumentará significativamente a corrosão no aço.

Um outro exemplo: de uma tubulação subterrânea de aço já atacada pela corrosão, foram trocados apenas os trechos mais corroídos. Algum tempo depois, verificou-se que os trechos novos duraram menos que o esperado. Em vez do motivo clássico (já não se fazem mais tubos como antigamente ...), melhor considerar que, conforme tabela, o aço novo tem um potencial mais negativo que o usado e, assim, os trechos novos ficaram anódicos em relação aos antigos e, portanto, foram mais afetados.

Proteções contra a corrosão galvânica

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Em tubulações e reservatórios deve ser considerada também a corrosão das superfícies internas, que dependerá muito do fluido em contado. Pinturas e revestimentos anticorrosivos são comuns na parte interna dos reservatórios.

Tubulações de sistemas em circuito fechado, como torres de resfriamento e circuitos de água quente, podem ter a corrosão interna controlada pelo tratamento químico da água.

Seja interna ou externamente, pinturas e revestimentos contribuem para reduzir a corrosão galvânica, mas sua durabilidade não é eterna e sempre apresentam pequenas falhas, mesmo quando novos. Isso significa a necessidade de manutenções periódicas.

Fig 01

Para tubulações subterrâneas, um método clássico e eficiente é a proteção catódica conforme esquema da Figura 01.

Um ou mais eletrodos são introduzidos no solo e próximos da tubulação. A corrente elétrica de uma fonte externa é aplicada em ambos de forma a se opor à natureza anódica do tubo. Assim, ele passa operar como catodo, no qual não há oxidação.

Pintura ou revestimento anticorrosivo no tubo contribui para otimizar o sistema: as áreas de contato com o solo serão apenas as fissuras e pequenas falhas, reduzindo a potência necessária da fonte.

Galvanização, isto é, aplicação de uma película de zinco, é também uma forma clássica de proteção. Mas, na realidade, é também uma proteção catódica: o zinco, por ter um potencial mais negativo que o aço, atua como anodo, que é consumido no lugar do aço.

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