15. Trabalho Experimental

15. Trabalho Experimental - Proteção Catódica
15.1 - Introdução
A proteção catódica é um método de controle de corrosão que consiste
em transformar a estrutura à proteger no cátodo de um célula eletroquímica
ou eletrolítica. O emprego de proteção catódica em estruturas de concreto
enterradas ou submersas é ainda pouco freqüente, devido a dificuldades, tais
como necessidade de se interligar toda a armadura do concreto, de modo a
funcionar como um negativo único e a possibilidade de fraturas no concreto
devido aos esforços gerados pela pressão parcial do hidrogênio liberado no
cátodo, quando submetido a potenciais muito negativos. Não pode ser usado
em estruturas aéreas em face da necessidade de um eletrólito contínuo, o que
não se consegue na atmosfera.
15.2 - Proteção catódica galvânica
O sistema de proteção catódica galvânica ou por ânodo de sacrifício é
aquele que utiliza uma força eletromotriz de natureza galvânica para imprimir
a corrente necessária à proteção da estrutura considerada. Esta força
eletromotriz resulta da diferença entre o potencial natural do ânodo e o
potencial da estrutura que se deseja proteger. É uma grandeza que depende
das características do ânodo, do material que compõe a estrutura que se
deseja proteger e, de cera forma, do próprio eletrólito.
Como
a
diferença
de
potencial
relativamente pequena ele é aplicado
conseguido
nesse
sistema
é
somente a meios de resistividade
elétrica da ordem de no máximo, 6000ohm.cm. É usual o emprego deste
sistema em instalações marítimas, já que a baixa resistividade da água do
mar possibilita uma baixa resistência no circuito de proteção catódica,
permitindo a injeção, no sistema, de uma corrente de maior intensidade.
Os materiais tradicionalmente utilizados como ânodos galvânicos são:

Ligas de magnésio;

Ligas de alumínio;

Ligas de zinco.
Outros materiais podem eventualmente ser utilizados como ânodos
galvânicos, em sistemas particulares. Como exemplo, cita-se o uso de chapas
de aço carbono para proteção de peças de bronze, latão ou cobre, em serviço
na água do mar.
Ao fazer a ligação do ânodo com a estrutura, estando ambos em
contato simultâneo com o eletrólito, forma-se uma pilha na qual a corrente
que circula resulta da dissolução eletroquímica do ânodo.
À luz deste fenômeno, é fácil concluir-se que, em última análise, o
ânodo galvânico representa uma certa quantidade de energia acumulada, a
qual será liberada paulatinamente, proporcionando uma corrente elétrica que
exercerá uma ação protetora sobre a superfície da estrutura (cátodo).
A circulação desta corrente no sistema dá origem a um processo de
polarização, fazendo com que os potenciais de ambos os componentes, ânodo
e cátodo, se desloquem em sentidos convergentes. Assim, o ânodo sofrerá
uma polarização anódica, a qual, por princípio, deve ser muito pequena, e a
estrutura (cátodo) sofrerá uma acentuada polarização catódica, de modo a
atingir o potencial de imunidade, ou de estabilidade termodinâmica do metal,
ou liga no meio considerado.
15.3 - Proteção catódica por corrente impressa
O sistema de proteção catódica por corrente impressa é aquele que
utiliza uma força eletromotriz, proveniente de uma fonte de corrente contínua,
para imprimir a corrente necessária à proteção da estrutura considerada. Esta
força eletromotriz pode provir de baterias convencionais, baterias solares,
termogeradores, conjuntos motor-gerador ou retificadores de corrente. Os
retificadores constituem a fonte mais freqüentemente utilizada, e através
deles retifica-se uma corrente alternada, obtendo-se uma corrente contínua
que é injetada no circuito de proteção.
Como a diferença de potência de
saída da fonte pode ser estipulada
em valores baixos ou elevados, a proteção catódica por corrente impressa
aplica-se a estruturas situadas em eletrólitos de baixa, média e alta
resistividade. Também ela é aplicada onde se exige maiores correntes,
portanto, em estruturas de média para grande porte o que não impede o seu
uso em estruturas pequenas, quando houver conveniência.
Os equipamentos e materiais comumente empregados nos sistemas
por corrente impressa são:

Os
retificadores,
que
podem
ser
de
silício
ou
selênio,
refrigeradores a ar ou a óleo, com alimentação monofásica ou trifásica;

Como alternativas aos retificadores, podem ser usadas baterias
solares, termogeradores, baterias convencionais, empregada onde não haja
energia elétrica em corrente alternada. Esses geradores, em geral, são de
baixa potência, sendo portanto restritos a locais de pouca exigência de
corrente.

Os ânodos mais empregados são os de grafite, ferro-silício, ferro-
silício-cromo, chumbo-antimônio-prata, titânio platinizado, nióbio platinizado e
magnetita. Os ânodos de grafite, ferro-silício e magnetita são geralmente
usados em solos e os demais usados em água do mar.

Os cabos para interligação dos ânodos e ligação na estrutura
devem ser cabos de cobre com capacidade de condução adequada ao sistema
e com isolamento de boa qualidade, em geral de polietileno de alta densidade
e alto peso molecular.
15.4 - Aplicações práticas de proteção catódica
Os permutadores de calor usados em navios – condensadores e
resfriadores – geralmente são construídos em aço carbono, tendo tubos de
cobre ou de suas ligas. É comum ver-se carretéis, tampos e espelhos em aço
carbono e tubos em latão de alumínio. Estes materiais, juntos, e contato com
a água do mar, formam um par galvânico e dão origem a um processo de
corrosão galvânica em que o aço é atacado. Assim é indispensável o emprego
de proteção catódica para eliminar esta ação corrosiva. Para isto, tanto se
pode usar ânodos de liga de zinco como ânodos de liga de alumínio.
Os cabos de transmissão de energia e cabos de telecomunicações
enterrados estão sujeitos a problemas de corrosão no revestimento metálico
de chumbo, embora muitas vezes esta chapa de chumbo seja protegida por
um revestimento adicional de PVC ou de polietileno.
15.5 - Parte Experimental
“...à luz deste fenômeno, é fácil concluir-se que, em última análise, o ânodo
galvânico representa uma certa quantidade de energia acumulada, a qual será
liberada paulatinamente, proporcionando uma corrente elétrica que exercerá
uma ação protetora sobre a superfície da estrutura.”
(Proteção Catódica – Aldo Cordeiro Dutra & Laerte de Paula Nunes)
Materiais
Reagentes
Béquers de 100mL e de 400mL
Solução de cloreto de sódio
Pregos e/ou placas de ferro limpos
Solução alcoólica de fenolftaleína
Placas de cobre
Solução de ferricianeto de potássio
Placas de zinco ou aço galvanizado
Fitas de magnésio
Eletrodos de grafite
Fios de cobre
Fonte de corrente contínua
1ª EXPERIÊNCIA: proteção catódica galvânica (ânodos de sacrifício)
a) Em seis beques: (A, B, C, D, E e F) de 100mL adicionar 80ml de solução de NaCl.
b) Acrescentar aos beques:
A- um prego de ferro
B- um prego de ferro ligado a uma placa de cobre
C- um prego de ferro ligado a uma placa de zinco
D- um prego de ferro envolvido com uma fita de magnésio
E- um prego de ferro ligado a placas de cobre e zinco
F- um prego de ferro envolvido com uma fita de magnésio e ligado a uma
placa de cobre
c) Após uma semana preencha a tabela 1 com suas observações.
d) Anote o(s) béquer(s) onde o ferro foi protegido catodicamente.
2ª EXPERIÊNCIA: Proteção catódica por corrente impressa
a) Em um béquer de 250mL adicione 150mL de solução aquosa de NaCl,
10 gotas de solução alcoólica de fenolftaleína e 20 gotas de ferricianeto de
potássio.
b) Imergir dois eletrodos, um de ferro e outro de grafite, ligando-os
respectivamente aos pólos negativo e positivo de uma fonte de corrente
contínua.
c) Observe o ocorrido e preencha a tabela 2.
3ª EXPERIÊNCIA:
a) Em um béquer de 250ml adicione 150ml de solução aquosa de NaCl,
10 gotas de solução alcoólica de fenolftaleína e 20 gotas de ferricianeto de
potássio.
b) Imerge dois eletrodos, um de ferro e outro de cobre, ligados por um
fio de cobre, imobilizando-os dentro da solução.
c) Imerge após algum tempo um eletrodo de grafite e ligue-o ao pólo
positivo da mesma fonte de corrente contínua, ligando o ferro e o cobre ao
pólo negativo da mesma fonte.
OBS.: Se a solução já estiver muito turva é conveniente, para melhor
observação, substituí-la por outra
Eletrodos
Ferro e cobre
Grafite
Pólos
Reações
químicas
Cores
formados
Questionário:
1) Indique em qual béquer o prego sofreu maior corrosão, explicando.
2) Dê as equações químicas das reações ocorridas nos béqueres.
3) Informe os tipos principais de corrosão que ocorrem em cada béquer.
4) Faça um desenho ilustrativo do processo ocorrido.
5) Explique como o ferro pode ser protegido catodicamente.
6) Explique a função do grafite nas montagens.