305-121 - Metallum Eventos Técnicos e Científicos

AVALIAÇÃO DA BIOCORROSÃO EM AÇO CARBONO E AÇO GALVANIZADO
EM SOLO
R. F. C. Pereira, E.S.D. Oliveira, K.N. Vieira, J.S. Andrade, S.L.D.C. Brasil, M.A.G.A.
Lima
Av. Prof. Moraes Rego, 1235 - Cidade Universitária, Recife - PE - CEP: 50670-901
Laboratório de Microbiologia Ambiental – Departamento de Engenharia Química –
UFPE; Departamento de Processos Inorgânicos – UFRJ
RESUMO
Estruturas metálicas em contato com o solo estão sujeitas à corrosão induzida por
micro-organismos também chamada de biocorrosão, que é função das
características de cada ambiente. Este trabalho avaliou a biocorrosão em cupons
metálicos - aço carbono AISI 1020 com e sem galvanização - enterrados em solo da
região de SUAPE-PE, onde a formação de biofilme foi monitorada. Análises
geotécnicas e microbiológicas foram realizadas no solo e nos biofilmes após 15 dias
de exposição. Foram encontradas em maior concentração as bactérias
heterotróficas (aeróbias e anaeróbias) totais tanto no solo quanto nos biofilmes.
Foram detectadas também as bactérias precipitantes do ferro, produtoras de ácidos
(aeróbias e anaeróbias), BRS, fungos e Pseudomonas sp. O solo foi classificado
geotecnicamente como argiloso e a taxa de corrosão do aço carbono AISI 1020 foi
93% superior à taxa do aço AISI 1020 galvanizado
Palavras-chave: aço carbono AISI 1020, aço galvanizado, biocorrosão, corrosividade
do solo.
INTRODUÇÃO
Instalações metálicas em contato com o solo tais como oleodutos, gasodutos,
tanques de combustíveis e de armazenamento em geral são afetados pela corrosão
microbiologicamente induzida ou biocorrosão(1-2). Neste local, a presença dos microorganismos é capaz de iniciar, facilitar ou acelerar o processo corrosivo. Os microorganismos participam de maneira intensiva deste processo através de diferentes
mecanismos, tais como: despolarização catódica, criação de pilhas de aeração
diferencial e produção de substâncias corrosivas(3).
Considerando a heterogeneidade dos solos no Brasil, é necessário monitorar os
materiais envolvidos e adotar medidas adequadas para evitar tanto a perda de
produtos, quanto a ocorrência de desastres ecológicos(4). O aço galvanizado
destaca-se
entre
os
materiais
que
oferece
boa
resistência
mecânica
e
empregabilidade, além de maior resistência à corrosão devido à formação de
Zn(OH)2 sobre o metal base(1). Este trabalho teve o objetivo de avaliar
comparativamente a biocorrosão em cupons metálicos - aço carbono AISI 1020 com
e sem galvanização - enterrados em solo da região de SUAPE (PE-Brasil).
METODOLOGIA
CORPOS DE PROVA
Para a avaliação da formação do biofilme, foram confeccionados corpos de prova de
aço carbono AISI 1020 com dimensões de (25x25x6)mm, área aproximada de
19,27 cm2.
Os cupons de aço carbono AISI 1020 foram jateados com micro-esferas de vidro
para remoção de incrustações e obtenção de um perfil de rugosidade adequado. Já
os cupons galvanizados foram preparados a partir da zincagem por imersão a
quente dos cupons de aço carbono AISI 1020.
Antes do experimento, os cupons metálicos foram desengordurados em álcool
isopropílico e banhados em acetona para remoção da matéria orgânica. Em seguida,
foram secos em estufa a 70ºC por 30 minutos e levados ao dessecador por 20
minutos, pesados em balança analítica para posterior cálculo da taxa de corrosão (5) .
Sistema utilizado
O experimento foi conduzido em um biorreator com capacidade de 100kg com as
seguintes dimensões: (52x36x18)cm onde foi colocado o solo coletado da região de
Suape-PE. O solo coletado foi quantificado microbiologicamente e geotecnicamente.
O experimento foi realizado à temperatura de 250C por 15 dias.
Análises microbiológicas
Após o período de exposição, o biofilme foi analisado os seguintes grupos de microorganismos: bactérias heterotróficas aeróbias e anaeróbias totais(6), bactérias
produtoras de ácido aeróbias e anaeróbias(7), bactérias precipitantes do ferro(8),
bactérias redutoras de sulfato (BRS)(9), Pseudomonas sp.(6) e fungos filamentosos(6).
O solo coletado também teve os grupos microbiológicos quantificados acima.
Análises no solo
As análises geotécnicas compreenderam os ensaios de granulometria(10), massa
específica dos grãos dos solos(11) e permeabilidade(12). Foram analisados o teor de
umidade, a capacidade de retenção de água(13) e o pH do solo que foi determinado
pelo método potenciométrico em suspensão de solo em água destilada (1:2,5)(14).
Perda de massa e taxa de corrosão
Os cupons retirados do biorreator após 15 dias foram submetidos à decapagem
segundo a Norma ASTM G 1-03 (15). Após isso, foram lavados em álcool isopropílico
e acetona, secos em estufa à 70ºC por 30 minutos e levados ao dessecador por 20
minutos e pesados em balança analítica. As taxas de corrosão do aço AISI 1020 e
do aço AISI 1020 galvanizado foram calculadas a partir de uma média de três corpos
de prova.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Análises geotécnicas
O pH do solo foi um dos primeiros parâmetros a ser avaliado pois é um indicativo da
disponibilidade dos nutrientes contidos no solo(16). O solo foi caracterizado como
ácido, com pH em torno de 5,3±0,3. A capacidade de retenção de água foi 15±2% e
a umidade relativa em torno de 20%. Queiroz, 2010(2) encontrou resultados
semelhantes ao estudar o solo de SUAPE-PE.
Foi realizada a caracterização geotécnica dos solos e determinada a sua
permeabilidade, no período inicial, onde a curva de granulometria está apresentada
na Fig. 1.
Figura 1. Curva granulométrica por peneiramento e sedimentação do solo em
estudo.
O solo apresentou um teor de finos de 50% (25% de argila, 25% de silte), 42% de
areia (30% de areia fina, 5% de areia média, 7% de areia grossa) e 8% de
pedregulho e foi classificado geotecnicamente como argiloso. O percentual de finos
em uma matriz de solo tem relação com a capacidade de retenção de água; quanto
maior a percentagem de finos, maior a retenção de água(17). A permeabilidade do
solo foi de 6,78 x 10-8 cm/s mostrando que o sistema poroso é pouco permeável ao
fluxo de líquidos.
Análises microbiológicas
A Fig. 2 mostra a concentração de micro-organismos presentes inicialmente no solo
e nos biofilmes formados sobre os corpos de prova.
Figura 2. Perfil da concentração microbiológica do solo e dos biofilmes formados
sobre o aço AISI 1020 com e sem galvanização, após 15 dias de exposição.
Observou-se que a concentração de micro-organismos no solo promoveu a fixação
destes na superfície dos cupons, iniciando a formação dos biofilmes sobre os corpos
de prova. O número de micro-organismos presentes nos biofilmes recém-formados
está correlacionado à concentração dos respectivos micro-organismos em meios
aquosos(18) e em solos(1-3), apesar de que neste último a circulação de água é
bastante reduzida. Queiroz, 2010(2) também encontrou no solo de SUAPE bactérias
precipitantes do ferro e heterotróficas aeróbios totais na concentração de 108
células/g.
A análise microbiológica mostrou que o biofilme do aço carbono AISI 1020
apresentou, em geral, concentrações microbianas próximas ou superiores em
comparação aos micro-organismos encontrados no solo estudado com exceção dos
fungos filamentosos. Já o aço galvanizado apresentou concentrações microbianas
inferiores
o
aço
preferencialmente
carbono,
à
sugerindo
superfície
do
aço
que
sem
a
microbiota
do
galvanização(1).
solo
As
aderiu
bactérias
heterotróficas aeróbias e anaeróbias totais foram os micro-organismos que
apresentaram maiores concentrações celulares nos biofilmes. A concentração de
fungos nos cupons foi inferior à concentração dos fungos do solo, e este fato pode
estar associado ao curto tempo de exposição. Foi detectada também a presença de
bactérias precipitantes do ferro, produtoras de ácidos (aeróbias e anaeróbias) e, em
menor quantidade as BRS, além de Pseudomonas sp.
Taxa de corrosão
As taxas de corrosão e seus respectivos desvios-padrão são apresentados na Tab.
1. O cálculo da taxa de corrosão seguiu a norma ASTM G1 ao final de 15 dias de
exposição.
Tabela 1. Taxa de corrosão segundo a norma ASTM G1.
Taxa de corrosão (mm/ano)
Aço carbono AISI 1020
0,2182 ± 0,0059
Aço carbono AISI 1020 galvanizado
0,0152 ± 0,0019
A taxa de corrosão do aço AISI 1020 foi cerca de 93% superior à taxa do aço
galvanizado. Isto pode ser explicado pelo zinco que atua como uma película
protegendo a superfície a que está aderida e, adicionalmente, se oxida
preferencialmente ao aço(1), protegendo o metal-base. Um estudo utilizando aço API
5LX60 utilizando condições semelhantes encontrou taxa de corrosão aproximada de
(0,27± 0,05)mm/ano(2).
Segundo a classificação adotada pela NACE RP-07-75-2005(19), a taxa de corrosão
do aço no solo estudado foi alta para o aço carbono sem revestimento e baixa para
o aço galvanizado.
CONCLUSÕES
As principais conclusões deste trabalho foram:
 O solo estudado foi classificado como argiloso, de acordo com a caracterização
geotécnica.
 Foram encontradas no solo micro-organismos responsáveis pelo processo de
biocorrosão tais como: bactérias heterotróficas aeróbias e anaeróbias,
bactérias precipitantes de ferro, BRS e bactérias produtoras de ácido aeróbias
e anaeróbias, Pseudomonas sp. e fungos.
 A concentração microbiana presente no solo promoveu a fixação de microorganismos sobre as superfícies dos cupons, formando os biofilmes.
 Nos biofilmes formados, os micro-organismos que apresentaram maiores
concentrações celulares foram as bactérias heterotróficas aeróbias e
anaeróbias totais, para o aço carbono AISI 1020 com e sem galvanização.
 O aço carbono AISI 1020 apresentou taxa de corrosão cerca de 93% superior a
taxa do aço galvanizado, sendo classificadas pela NACE RP-07-75-2005,
como alta e baixa, respectivamente.
 A galvanização foi eficaz como medida de proteção do aço carbono AISI 1020
contra a corrosividade do solo de SUAPE-PE.
REFERÊNCIAS
(1)GENTIL,
V. Corrosão. Livros Técnicos e Científicos: Rio de Janeiro, 2011.
(2)QUEIROZ,
G. A. Efeito da microbiota de solos da região de SUAPE na
corrosão de aço aarbono API 5LX60. Dissertação (Mestrado em Engenharia
Química) – Universidade Federal de Pernambuco – UFPE, 2010.
(3) VIDELA,
H. A. Corrosão microbiológica. Edgard Blücher: São Paulo, 2003.
(4)RODRIGUES,
T. C. Efeito do potencial de proteção catódica sobre a
biocorrosão de aço-carbono em solo contendo BRS. 2010, 145p. Dissertação
(Mestrado em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos) – Universidade
Federal do Rio de Janeiro – UFRJ, Rio de Janeiro.
(5)DANTAS,
E. Geração de vapor e água de refrigeração, falhas – tratamentos –
limpeza química. Ecolab: Rio de Janeiro, 1988.
(6)SILVA
N.; NETO, R. C.; JUNQUEIRA, V. C.; SILVEIRA, N. F. Manual de métodos
de análise microbiológica da água. Varela : São Paulo, 2005.
(7)TORRES,
E. S. Potencialidade de pigs na remoção de biofilmes formados em
dutos. 2005, 108p. Tese (Doutorado em Tecnologia de Processos Químicos e
Bioquímicos) - Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ, Rio de Janeiro.
(8)CETESB.
Contagens de colônias de bactérias que precipitam o ferro. Norma
L5.207, p. 1-11, 1992.
(9)POSTGATE,
J. R. The sulphate-reducing bacteria. Cambridge, England:
Cambridge University Press, 1984.
NBR-7181. Solo – Amostras de solo. Preparação para ensaios de
(10)ABNT
compactação e ensaios de caracterização. Associação Brasileira de Normas
Técnicas, São Paulo, SP, 13 p. 1984.
(11)ABNT
NBR-6508. Massa especifica dos grãos dos solos. Associação Brasileira
de Normas Técnicas, São Paulo, SP, 13 p. 1984.
(12)ABNT
NBR-14545. Ensaio de permeabilidade. Associação Brasileira de Normas
Técnicas, São Paulo, SP, 13 p. 1984.
(13)Norma
ASTM D 2017–Obtenção da capacidade de retenção de água no solo.
(14)EMBRAPA.
Manual de métodos de análise de solo. Centro Nacional de
Pesquisa de Solos, 1997.
(15)Norma
ASTM G 1-03 – Standard practice for preparing, cleaning, and
evaluating corrosion test specimens.
(16)ALCARDE,
J.C.; GUIDOLIN, J.A.; LOPES, A.S. Os Adubos e a eficiência das
adubações. ANDA: São Paulo, 1991.
(17)RIVERS,
E.S. Soil water retentionas related to particule size in selected sands and
loamy sands. Soil Science, v.126, p. 94-100, 1978.
(18)FASSARELA,
M.; SERVULO, E. F. C.; CAMMAROTA, M. C. Ação do
Glutaraldeído em biofilmes marinhos. COTEQ, 2007.
(19)NACE
RP-07-75, “Standard Recommended Practice – Preparation, Installation,
Analysis and Interpretation of Corrosion Coupons Oilfield Operations. NACE, 2005.
EVALUATION OF BIOCORROSION IN CARBON STEEL AND GALVANIZED
STEEL IN SOIL
ABSTRACT
Metallic structures in contact with soil are subject to corrosion induced by
microrganisms or biocorrosion, which is a function of the characteristics of each
environment. This study evaluated the biocorrosion in metal coupons - carbon steel
AISI 1020 and AISI 1020 carbon steel galvanized - buried in soil from SUAPE-PE,
where the biofilm formation was monitored. Geotechnical and microbiological
analyzes were performed on soil and biofilms after 15 days exposure. Highest
concentration were quantified in the heterotrophic bacteria (aerobic and anaerobic)
totals both on the soil and biofilms. Bacteria also were detected precipitation of iron,
producing acids (aerobic and anaerobic), BRS, fungi and Pseudomonas sp. The soil
was geotechnically classified as clayey and the corrosion rate of carbon steel AISI
1020 was 93% higher than that of AISI 1020 steel galvanized.
Key-words: carbon steel, galvanized steel, biocorrosion, soil corrosivity.