Engenharia de corrosão - Corrosion engineering

Engenharia de corrosão é uma especialidade de engenharia que aplica habilidades científicas, técnicas, de engenharia e conhecimento de leis naturais e recursos físicos para projetar e implementar materiais, estruturas, dispositivos, sistemas e procedimentos para controlar a corrosão . De uma perspectiva holística, a corrosão é o fenômeno dos metais retornando ao estado em que se encontram na natureza. A força motriz que causa a corrosão dos metais é uma consequência de sua existência temporária na forma metálica. Para produzir metais a partir de minerais e minérios de ocorrência natural, é necessário fornecer uma certa quantidade de energia, por exemplo, minério de ferro em um alto-forno . Portanto, é termodinamicamente inevitável que esses metais, quando expostos a vários ambientes, voltem ao estado encontrado na natureza. Engenharia de corrosão e corrosão, portanto, envolve um estudo de cinética química , termodinâmica , eletroquímica e ciência dos materiais .

Antecedentes Gerais

Geralmente relacionada à Metalurgia ou Ciência dos Materiais , a engenharia de corrosão também se relaciona a produtos não metálicos, incluindo cerâmica, cimento , material composto e materiais condutores, como carbono / grafite. Engenheiros de corrosão geralmente gerenciam outros processos não estritamente corrosivos, incluindo (mas não restrito a) rachaduras, fratura quebradiça, fissuras, desgaste, erosão e, mais tipicamente, categorizados como gerenciamento de ativos de infraestrutura . Na década de 1990, o Imperial College London até ofereceu um título de Mestre em Ciências intitulado "The Corrosion of Engineering Materials". UMIST - Instituto de Ciência e Tecnologia da Universidade de Manchester e agora parte da Universidade de Manchester também ofereceu um curso semelhante. Os cursos de mestrado em Engenharia de Corrosão estão disponíveis em todo o mundo e os currículos contêm material de estudo sobre o controle e compreensão da corrosão. A Ohio State University tem um centro de corrosão que leva o nome de um dos engenheiros de corrosão mais conhecidos, Mars G Fontana .

Custos de corrosão

No ano de 1995, foi relatado que os custos da corrosão em todo o país nos EUA eram de quase US $ 300 bilhões por ano. Isso confirmou relatos anteriores de danos à economia mundial causados ​​pela corrosão.

Grupos de engenharia de corrosão foram formados em todo o mundo para educar, prevenir, retardar e gerenciar a corrosão. Isso inclui a National Association of Corrosion Engineers (NACE), a European Federation of Corrosion (EFC) e o Instituto de Corrosão do Reino Unido. A principal tarefa do engenheiro de corrosão é gerenciar de forma econômica e segura os efeitos da corrosão nos materiais.

Zaki Ahmad, em seu livro Princípios de engenharia de corrosão e controle de corrosão , afirma que "A engenharia da corrosão é a aplicação dos princípios evoluídos da ciência da corrosão para minimizar ou prevenir a corrosão". Shreir et al. sugerem o mesmo em sua grande obra de dois volumes intitulada Corrosão . A engenharia de corrosão envolve a concepção de esquemas de prevenção de corrosão e a implementação de códigos e práticas específicas. As medidas de prevenção de corrosão, incluindo proteção catódica , projetadas para prevenir a corrosão e o revestimento de estruturas estão dentro do regime da engenharia de corrosão. No entanto, a ciência da corrosão e a engenharia andam de mãos dadas e não podem ser separadas: é um casamento permanente produzir métodos novos e melhores de proteção de tempos em tempos. Isso pode incluir o uso de inibidores de corrosão . No Handbook of corrosion engineering , o autor Pierre R. Roberge afirma "Corrosão é o ataque destrutivo de um material por reação com seu ambiente. As graves consequências do processo de corrosão tornaram-se um problema de importância mundial".

Os custos não são apenas monetários. Há um custo financeiro e também um desperdício de recursos naturais. Em 1988, estimou-se que uma tonelada de foi convertida completamente em ferrugem a cada noventa segundos no Reino Unido . Também existe o custo de vidas humanas. Falhas, sejam catastróficas ou causadas por corrosão, custaram vidas humanas.

Contribuintes notáveis ​​para o campo

Alguns dos contribuintes mais notáveis ​​para a disciplina de Engenharia de Corrosão incluem, entre outros:

Tipos de situações de corrosão

Engenheiros e consultores de corrosão tendem a se especializar em cenários de corrosão interna ou externa. Em ambos, eles podem fornecer recomendações de controle de corrosão, investigações de análise de falhas, vender produtos de controle de corrosão ou fornecer instalação ou projeto de sistemas de controle e monitoramento de corrosão. Todo material tem sua fraqueza. Revestimentos de alumínio , galvanizado / zinco, latão e cobre não sobrevivem bem em ambientes de pH muito alcalinos ou muito ácidos. Cobre e latão não sobrevivem bem em ambientes com alto teor de nitrato ou amônia . Os aços carbono e o ferro não sobrevivem bem em ambientes com baixa resistividade do solo e alto teor de cloreto. Ambientes com alto teor de cloreto podem até mesmo superar e atacar aço revestido de concreto normalmente protetor. O concreto não sobrevive bem em ambientes ácidos e com alto teor de sulfato. E nada sobrevive bem em ambientes com alto teor de sulfeto e baixo potencial redox com bactérias corrosivas. Isso é chamado de corrosão de sulfeto biogênico .

Corrosão externa

Corrosão do lado do solo subterrâneo

Engenheiros de controle de corrosão subterrânea coletam amostras de solo para testar a química do solo quanto a fatores corrosivos, como pH, resistividade mínima do solo, cloretos, sulfatos, amônia , nitratos, sulfeto e potencial redox. Eles coletam amostras da profundidade que a infraestrutura vai ocupar, porque as propriedades do solo podem mudar de estrato para estrato. O teste mínimo de resistividade do solo in-situ é medido usando o método Wenner de quatro pinos, se frequentemente realizado para julgar a corrosividade de um local. Porém, durante um período seco, o teste pode não apresentar corrosividade real, uma vez que a condensação subterrânea pode deixar o solo em contato com superfícies metálicas enterradas mais úmidas. É por isso que medir a resistividade mínima ou saturada de um solo é importante. O teste de resistividade do solo por si só não identifica elementos corrosivos. Engenheiros de corrosão podem investigar locais com corrosão ativa usando métodos de pesquisa acima do solo e sistemas de controle de corrosão de design, como proteção catódica para parar ou reduzir a taxa de corrosão.

Os engenheiros geotécnicos normalmente não praticam engenharia de corrosão e encaminham os clientes a um engenheiro de corrosão se a resistividade do solo for inferior a 3.000 ohm-cm ou menos, dependendo da tabela de categorização de corrosividade do solo que eles lêem. Infelizmente, uma antiga fazenda de laticínios pode ter resistividades do solo acima de 3.000 ohm-cm e ainda conter níveis corrosivos de amônia e nitrato que corroem tubulações de cobre ou hastes de aterramento. Um ditado geral sobre a corrosão é: "Se o solo é ótimo para a agricultura, é ótimo para corrosão."

Corrosão externa subaquática

Engenheiros de corrosão subaquática aplicam os mesmos princípios usados ​​no controle de corrosão subterrânea, mas usam mergulhadores especialmente treinados e certificados para avaliação de condições e instalação e comissionamento do sistema de controle de corrosão. A principal diferença está no tipo de células de referência usadas para coletar as leituras de tensão. A corrosão de pilhas e as pernas de plataformas de petróleo e gás são uma preocupação particular. Isso inclui plataformas no Mar do Norte , na costa do Reino Unido e no Golfo do México .

Corrosão atmosférica

A corrosão atmosférica geralmente se refere à corrosão geral em um ambiente não específico. A prevenção da corrosão atmosférica é normalmente tratada pelo uso de seleção de materiais e especificações de revestimentos . O uso de revestimentos de zinco também conhecido como galvanização em estruturas de aço é uma forma de proteção catódica onde o zinco atua como um ânodo de sacrifício e também uma forma de revestimento. Espera-se que pequenos arranhões ocorram no revestimento galvanizado ao longo do tempo. O zinco sendo mais ativo na série galvânica corrói de preferência ao aço subjacente e os produtos de corrosão filtram o risco evitando mais corrosão. Contanto que os arranhões sejam finos, a umidade de condensação não deve corroer o aço subjacente, desde que o zinco e o aço estejam em contato. Enquanto houver umidade, o zinco corrói e eventualmente desaparece. A proteção catódica de corrente impressa também é usada.

Vista lateral Crow Hall Railway Bridge ao norte de Preston Lancs corroendo - geral
Pórtico de eletrificação de aço corrosivo

Zona de respingo e corrosão por spray de água

'Jaquetas de estacas' envolvendo velhas estacas de ponte de concreto para combater a corrosão que ocorre quando as rachaduras nas estacas permitem que a água salgada entre em contato com as hastes de reforço de aço internas
Membro estrutural Blackpool Promenade em Bispham gravemente corroído

A definição usual de zona de respingo é a área logo acima e logo abaixo do nível médio de água de um corpo d'água. Também inclui áreas que podem estar sujeitas a borrifos de água e névoa.

Uma quantidade significativa de corrosão das cercas se deve a ferramentas de paisagismo que arranham os revestimentos das cercas e sprinklers de irrigação que borrifam essas cercas danificadas. A água reciclada normalmente tem um teor de sal mais alto do que a água potável, o que significa que é mais corrosiva do que a água da torneira normal. O mesmo risco de danos e borrifos de água existe para tubulações acima do solo e preventores de refluxo. Coberturas de fibra de vidro, gaiolas e bases de concreto têm funcionado bem para manter as ferramentas à distância de um braço. Até mesmo o local onde o ralo do telhado respinga pode ser importante. A drenagem do vale do telhado de uma casa pode cair diretamente em um medidor de gás, causando a corrosão de sua tubulação a uma taxa acelerada, atingindo 50% da espessura da parede em 4 anos. É o mesmo efeito de uma zona de respingo no oceano, ou em uma piscina com muito oxigênio e agitação que remove o material à medida que corrói.

Tanques ou tubos estruturais, como suportes para bancos corridos ou passeios em parques de diversões, podem acumular água e umidade se a estrutura não permitir a drenagem. Este ambiente úmido pode então levar à corrosão interna da estrutura, afetando a integridade estrutural. O mesmo pode acontecer em ambientes tropicais levando à corrosão externa. Isso incluiria corrosão em tanques de lastro em navios.

Corrosão da tubulação

Materiais perigosos são frequentemente transportados em dutos e, portanto, sua integridade estrutural é de suma importância. A corrosão de um oleoduto pode, portanto, ter consequências graves. Um dos métodos usados ​​para controlar a corrosão da tubulação é pelo uso de revestimentos de epóxi com ligação de fusão . DCVG é usado para monitorá-lo. A proteção catódica de corrente impressa também é usada.

Corrosão em tanques de lastro

Os tanques de lastro em navios contêm os combustíveis para corrosão. Água é uma coisa só e o ar geralmente também está presente. A água pode ficar estagnada. A integridade estrutural é importante para a segurança e para evitar a poluição marinha. Os revestimentos tornaram-se a solução preferida para reduzir a quantidade de corrosão em tanques de lastro. A proteção catódica de corrente impressa também foi usada.

Corrosão na indústria ferroviária

Afirmou-se que um dos maiores desafios da indústria ferroviária do Reino Unido é a corrosão. O maior problema é que a corrosão pode afetar a integridade estrutural dos vagões de transporte de passageiros, afetando assim sua resistência ao choque. Outras estruturas e ativos ferroviários também podem ser afetados. A Instituição de Via Permanente ministra palestras sobre o assunto periodicamente. Em janeiro de 2018, a corrosão de uma estrutura de metal causou o fechamento de emergência da estação ferroviária de Liverpool Lime Street.

Corrosão galvânica

A corrosão galvânica (também chamada de corrosão bimetálica) é um processo eletroquímico no qual um metal (o mais ativo) corrói preferencialmente quando está em contato elétrico com outro metal diferente, na presença de um eletrólito . Uma reação galvânica semelhante é explorada em células primárias para gerar uma voltagem elétrica útil para alimentar dispositivos portáteis - um exemplo clássico é uma célula com eletrodos de zinco e cobre . A corrosão galvânica também é explorada quando um metal de sacrifício é usado na proteção catódica . A corrosão galvânica ocorre quando há um metal ativo e um metal mais nobre em contato na presença de eletrólito .

Corrosão localizada

A corrosão por pite, ou pite, é uma corrosão extremamente localizada que leva à criação de pequenos orifícios no material - quase sempre um metal. As falhas resultantes desta forma de corrosão podem ser catastróficas. Com a corrosão geral, é mais fácil prever a quantidade de material que será perdida com o tempo e isso pode ser inserido na estrutura projetada. Pitting, como corrosão em fendas, pode causar uma falha catastrófica com muito pouca perda de material. A corrosão por pite ocorre em materiais passivos. O mecanismo de reação clássico foi atribuído a Ulick Richardson Evans .

Corrosão intersticial

A corrosão em fendas é um tipo de corrosão localizada com um mecanismo muito semelhante à corrosão por pite.

Rachadura por corrosão sob tensão

A corrosão sob tensão (SCC) é o crescimento de uma trinca em um ambiente corrosivo . Requer três condições para ocorrer: 1) ambiente corrosivo 2) estresse 3) material suscetível. O SCC pode levar a uma falha repentina e inesperada e, portanto, catastrófica de metais normalmente dúcteis sob tensão de tração . Isso geralmente é exacerbado em temperaturas elevadas. O SCC é altamente específico do ponto de vista químico, pois certas ligas são susceptíveis de sofrer SCC apenas quando exposto a um pequeno número de ambientes químicos. É comum que o SCC não seja detectado antes da falha. O SCC geralmente progride bastante rapidamente após o início da trinca inicial e é visto com mais frequência em ligas do que em metais puros. O engenheiro de corrosão, portanto, deve estar ciente desse fenômeno.

Corrosão Filiforme

A corrosão filiforme pode ser considerada como um tipo de corrosão em fendas e às vezes é observada em metais revestidos com um revestimento orgânico ( tinta ).

Corrosão filiforme em alumínio pintado

Fadiga de corrosão

Esta forma de corrosão é geralmente causada por uma combinação de corrosão e tensão cíclica. Medir e controlar isso é difícil por causa dos muitos fatores em jogo, incluindo a natureza ou a forma do ciclo de estresse. Os ciclos de tensão causam endurecimento por trabalho localizado . Portanto, evitar concentradores de tensão, como orifícios, etc., seria um bom projeto de engenharia de corrosão.

Corrosão microbiana

Biocorrosão, incrustação biológica e corrosão causadas por organismos vivos são agora conhecidos por terem uma base eletroquímica . Outras criaturas marinhas, como mexilhões, vermes e até esponjas, podem degradar materiais de engenharia.

Dano de hidrogênio

O dano do hidrogênio é causado por átomos de hidrogênio (em oposição às moléculas de hidrogênio no estado gasoso), interagindo com o metal.

Corrosão por erosão

A corrosão por erosão é uma forma de dano de corrosão geralmente em uma superfície de metal causada pela turbulência de um líquido ou sólido contendo líquido e a superfície do metal. O alumínio pode ser particularmente suscetível devido ao fato de que a camada de óxido de alumínio, que oferece proteção contra corrosão ao metal subjacente, é eliminada pela erosão.

Fragilização por hidrogênio

Este fenômeno descreve danos ao metal (quase sempre ferro ou aço) em baixa temperatura por hidrogênio difusível .

Corrosão de alta temperatura

A corrosão de alta temperatura normalmente ocorre em ambientes que possuem calor e produtos químicos, como fontes de combustível de hidrocarbonetos, mas também outros produtos químicos permitem essa forma de corrosão. Assim, pode ocorrer em caldeiras, motores automotivos movidos a diesel ou gasolina, fornos de produção de metal e chaminés de produção de óleo e gás. A oxidação de metais em alta temperatura também seria incluída.

Corrosão interna

A corrosão interna é ocasionada pelos efeitos combinados e severidade de quatro modos de deterioração do material, a saber: corrosão geral, corrosão por pite, corrosão microbiana e corrosividade de fluido. Os mesmos princípios de controle de corrosão externa podem ser aplicados à corrosão interna, mas devido à acessibilidade, as abordagens podem ser diferentes. Assim, instrumentos especiais para controle e inspeção de corrosão interna são usados, os quais não são usados ​​no controle de corrosão externa. O escopo de vídeo de tubos e pigs inteligentes de alta tecnologia são usados ​​para inspeções internas. Os pigs inteligentes podem ser inseridos em um sistema de tubulação em um ponto e "pegos" bem ao longo da linha. O uso de inibidores de corrosão, seleção de material e revestimentos internos são usados ​​principalmente para controlar a corrosão em tubulações, enquanto ânodos junto com revestimentos são usados ​​para controlar a corrosão em tanques.

Os desafios da corrosão interna aplicam-se ao seguinte, entre outros: Tubos de água; Tubos de gás; Tubulações de óleo e reservatórios de tanques de água.

Bom design para evitar situações de corrosão

A engenharia de corrosão envolve um bom design. Usar uma borda arredondada em vez de uma borda aguda reduz a corrosão. Também sem o acoplamento por soldagem ou outro método de união, dois metais diferentes para evitar a corrosão galvânica são as melhores práticas. Evitar ter um ânodo pequeno (ou material anódico) próximo a um cátodo grande (ou material catódico) é uma boa prática. Como exemplo, o material de solda deve ser sempre mais nobre do que o material circundante. A corrosão em tanques de lastro em embarcações marítimas pode ser um problema se um bom projeto não for realizado.

Corrosão na junta - projeto ruim

Seleção correta do material para evitar situações de corrosão

A escolha do material pelo engenheiro de projeto afeta a vida útil do projeto de uma estrutura. Às vezes, o aço inoxidável não é a escolha correta e o aço carbono seria melhor. Existe um equívoco de que o aço inoxidável tem excelente resistência à corrosão e não sofre corrosão. Isso nem sempre é o caso e não deve ser usado para manusear soluções desoxigenadas, pois o aço inoxidável depende de oxigênio para manter a passivação e também é suscetível à corrosão em fendas.

Controlar o meio ambiente para evitar situações de corrosão

Um exemplo de controle do meio ambiente para prevenir ou reduzir a corrosão é a prática de armazenar aeronaves em desertos. Esses locais de armazenamento são geralmente chamados de cemitérios de aeronaves . O clima é geralmente árido e este e outros fatores tornam o ambiente ideal. Isso foi particularmente relevante durante a pandemia COVID-19 .

Veja também

Referências

Leitura adicional

links externos