tensão tensão -resistor fonte

14. Trabalho Experimental
Corrosão Eletrolítica e sob tensão
14.1 Introdução
No início do século passado o estudo da fratura de objetos de latão sugeriu uma
relação entre tensão e corrosão. A fratura de estojos de munição foi um problema sério que
exigiu um meticuloso estudo do problema. Desde então centenas de ocorrências foram
registradas: aos casos clássicos de quebra de objetos de latão, de aço inoxidável e fratura de
tubos de caldeiras, vieram-se juntar recentemente casos de quebra de componentes de
aviões e reatores nucleares. Corrosão sob tensão é também uma das limitações materiais
mais sérias que o engenheiro de transportes supersônicos e de veículos espaciais e
submarinos deve enfrentar.
Tubulações enterradas, como oleodutos, gasodutos, adutoras e minerodutos e
cabos telefônicos com revestimento metálico (chumbo), estão freqüentemente sujeitos a
casos em que correntes elétricas de interferência que abandonam o seu circuito normal para
fluir pelo solo ou pela água, atingem instalações metálicas enterradas, podendo assim
ocasionar corrosão. Esse tipo de corrosão é chamado de corrosão por eletrólise ou
eletrolítica, e pode-se defini-la como a deterioração da superfície externa de um metal
forçado a funcionar como ânodo ativo de uma célula ou pilha eletrolítica.
14.2 Corrosão sob Tensão
A corrosão sob tensão descreve o efeito combinado das tensões mecânicas e do
meio corrosivo que leva o material metálico à fratura, mas a uma tensão muito inferior a
que o metal resistirá em meio não corrosivo.
As tensões que provocam o fenômeno podem ser residuais ou atuantes. As
residuais são geralmente provenientes de operações de soldagem e deformação a frio, como
estampagem e dobramento e as tensões atuantes resultam da aplicação de esforços sobre a
peça(tração, torção, etc.). Uma característica importante da corrosão sob tensão é que não
se observa praticamente perda da massa do material que permanece com bom aspecto até
que ocorra a fratura, que pode ser intergranular ou transgranular.
O tempo necessário para ocorrer corrosão sob tensão fraturante de um dado
material metálico depende da tensão, da concentração ou natureza do meio corrosivo, da
temperatura, da estrutura e da composição do material. Geralmente o material com grãos
menores é mais resistente à corrosão sob tensão fraturante do que o mesmo material com
grãos maiores.
A estrutura cristalina também influencia a corrosão sob tensão fraturante, assim o
aço inoxidável férrico(cúbica de corpo centrado) é muito mais resistente à corrosão sob
tensão fraturante quando exposto a soluções aquosas de cloreto do que o aço inoxidável
austenítico(cúbica de face centrada). Metais puros são geralmente imunes à corrosão sob
tensão fraturante, mas no caso de cobre a presença de traços de impurezas podem torná-lo
susceptível à corrosão sob tensão. Por exemplo, pequena quantidade de fósforo, usado para
limpar o cobre, pode torná-lo susceptível à corrosão sob tensão fraturante.
Os fenômenos associados à denominação de corrosão sob tensão são aqueles onde
mais claramente se observam as características da interação de tensões estáticas e corrosão:
pequena dissolução e deformação do metal, fraturas frágeis e seletividade dos meios
corrosivos em relação aos metais.
14.3 Corrosão Eletrolítica
Denomina-se corrosão eletrolítica aos processos corrosivos de natureza
eletroquímica que ocorrem em estruturas enterradas ou submersas devido às correntes
elétricas da interferência (também chamadas correntes de fuga) que abandonam o seu
circuito normal para fluir pelo solo ou pela água. Quando elas atingem instalações
metálicas enterradas podem ocasionar intensa corrosão localizada nas áreas onde
abandonam essas instalações para retornar ao circuito original.
Geralmente, as áreas corroídas se apresentam com produto de corrosão de baixa
aderência, ou mesmo livre dele. Como é uma forma de corrosão localizada, em pouco
tempo ocorre a perfuração da parede metálica, causando vazamentos.
As correntes de fuga que produzem maiores danos são as de correntes contínuas
ou as de correntes alternadas de baixa freqüência.
A taxa de corrosão resultante das correntes de interferência depende
principalmente dos fatores:
-
Intensidade e densidade da corrente;
-
Distância entre as estruturas interferente e interferida, e a localização da fonte
de corrente interferente;
-
Existência ou não de revestimento e qualidade deste;
-
Localização de juntas isolantes;
-
Resistividade elétrica do meio.
Estas correntes são devidas à deficiência de isolamento de alguma parte de um
circuito que se encontra a um potencial diferente do meio.
Como a resistência dos metais é muito menor que a resistência do solo ou água, as
estruturas metálicas enterradas ou imersas constituem um novo circuito por onde passam as
correntes de fuga.
A localização das áreas anódicas e catódicas no processo de corrosão ocasionado
por correntes de fuga, provém de uma diferença de potencial. Como exemplo temos o
refino eletrolítico de metais, entre este o refino de cobre em que se coloca o cobre impuro
como ânodo ativo da cuba eletrolítica, o cobre puro como cátodo e a solução de sulfato de
cobre como eletrólito.
Figura 1 – Corrosão eletrolítica
No decorrer do processo verifica-se que o ânodo vai sendo consumido e, portanto,
perdendo massa, enquanto no cátodo deposita-se cobre puro.
Para o caso de um material metálico sujeito à corrosão eletrolítica podem-se
admitir as que na região onde a corrente elétrica abandona a estrutura e entra no eletrólito,
tem-se área anódica, e a reação para um metal M qualquer é:
M  M n   ne
Ao admitir as reações na região onde a corrente elétrica convencional abandona o
eletrólito e entra na estrutura, tem-se área catódica, portanto pode ocorrer qualquer uma das
reações a seguir:
H 2O 
1
O 2  2e  2OH  (meio neutro aerado)
2
2H 2 O  2e  H 2  2OH  (meio neutro não aerado)
1
2 H   O 2  2e  H 2 O (meio ácido aerado)
2
2H   2e  H 2 (meio ácido não aerado)
Anotações
14.4 Parte Experimental
“...corrosão sob tensão, definida como fratura de certos materiais,
quando tensionados em certos ambientes, sob condições tais que nem a
solicitação mecânica nem a corrosão ambiente isoladamente conduziram à
fratura.”
(CORROSÃO – Vicente Gentil)
Materiais
Béquer de 25mL
Placas de aço
Fonte de corrente contínua
Tubo de ensaio
Placa de Petri
Lã de aço
Pregos de aço
Reagentes
Solução de HCl 3,0mol/L
Ágar (100ml de água destilada em ebulição de 1,5g de ágar)
Fenolftaleína(1%)
Ferricianeto de potássio
Cloreto de sódio
Solução de NaCl 3%
1ª EXPERIÊNCIA: Corrosão sob tensão
a) Adicione ácido clorídrico 3,0mol/L em um tubo de ensaio e nele introduza um
prego.
b) Prepare o gel de ágar (100mL), adicionando 1,0g de NaCl, 0,15g de ferricianeto
de potássio e 1,0mL de solução de fenolftaleína, agitando para solubilizar. Passe a solução
para uma placa de Petri, ocupando metade de sua altura e coloque um prego limpo,
recobrindo-o com mais dispersão.
c) Após alguns minutos observe o resultado e preencha a tabela:
Região do
prego
Cor
Indicação das áreas
observada
anódicas e catódicas
Semi-reações
Ponta
Corpo
Cabeça
2ª EXPERIÊNCIA: Corrosão eletrolítica I
a) Adicione a um béquer solução de NaCl 3% e algumas gotas de fenolftaleína e
ferricIaneto de potássio.
b) Imerge dois eletrodos de ferro, ligando-OS respectivamente ao pólo positivo e ao
pólo negativo da fonte da corrente contínua (bateria ou retificador ligado a uma corrente
elétrica alternada).
c) Observe as colorações formadas nos dois eletrodos e suas semi-reações químicas
correspondentes.
Colorações observadas
Semi-reações químicas
Anodo
Catodo
d) Repita a experiência, sem adicionar os indicadores: fenolftaleína e ferricianeto de
potássio, mantendo os eletrodos de ferro ligados à fonte por alguns minutos.
e) Desligue os eletrodos, agite a solução do béquer e observe o ocorrido, escrevendo
o produto final.
3ª EXPERIÊNCIA: Corrosão eletrolítica II
a) Adicione a um béquer solução de NaCl 3% e algumas gotas de fenolftaleína e
ferricianeto de potássio.
b) Imerge dois eletrodos, um de cobre ligado ao polo positivo e um de ferro ligado
ao polo negativo da fonte de alimentação.
c) Observe as cores formadas, indicando o eletrodo anodo e o catodo.
Questionário
1) Na 1ª experiência, introduziu-se os pregos na gel de ágar.
a) Explicar o motivo da existência de áreas anódicas e catódicas no prego.
b) Explique, considerando a estrutura do material, porque áreas tensionadas são
áreas de corrosão.
c) Cite os tipos de tensões que provocam corrosão fornecendo alguns exemplos
práticos.
2) Na 2ª experiência, imergiu-se dois eletrodos de ferro em solução de NaCl.
a) Monte através de um circuito elétrico as áreas anódicas e catódicas em um
exemplo de corrosão eletrolítica (tubulação enterrada, por exemplo).
b) Cite alguns exemplos de corrosão eletrolítica.
c) Explique porque a densidade da corrente de corrosão é muito elevada na corrosão
eletrolítica e a conseqüência deste fato.