O que é corrosão é suas consequências

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Corrosão é a deterioração de metais causada por processos eletroquímicos das reações de oxirredução. Para entender melhor como funciona esse processo, é importante esclarecer os seguintes conceitos:

Oxidação é a perda de elétrons.
Redução é o ganho de elétrons.
Reação de oxirredução é aquela em que ocorre transferência de elétrons entre os átomos evolvidos.

A corrosão, em geral, é provocada pelo oxigênio. Os metais têm uma capacidade de oxidação bem maior do que o oxigênio, sendo assim, tendem a perder elétrons para o oxigênio presente no ar atmosférico.

O ferro, por exemplo, oxida-se facilmente quando exposto ao ar e à umidade. Nesse processo de oxidação do ferro (chamada de ferrugem em linguagem comum) estão envolvidas várias reações:

Note que a umidade e o ar estão presentes em todas essas reações, eles são fatores fundamentais, pois sem água e oxigênio a corrosão não acontece.

Existem fatores que por si só não provocam corrosão, mas são capazes de acelerar o processo. Um exemplo disso é a presença de gás carbônico (CO2), dióxido de enxofre (SO2) e outras substâncias ácidas no ar, que deslocam a reação catódica para a direita (princípio de Le Chatelier), fazendo com que a ferrugem se forme mais rapidamente. Ambientes salinos, como o mar e seus arredores, também contribuem para o processo de corrosão porque aumentam a condutividade elétrica.

Assim como o ferro, muitos outros metais e ligas metálicas também sofrem corrosão, como ocorre com a prata, que escurece ao longo do tempo, e o cobre, que ganha um aspecto esverdeado com o passar dos anos. No caso da prata, há a formação de uma película superficial de sulfeto de prata (Ag2S), provocada pela reação do metal com o ácido sulfídrico (H2S), daí a cor preta. Já o cobre e suas ligas metálicas são oxidados pelo oxigênio, formando uma camada denominada azinhavre, responsável pela aparência esverdeada.

Ao contrário da maioria dos metais, os objetos de alumínio não enferrujam facilmente. O que ocorre, na verdade, é uma oxidação superficial do alumínio, produzindo uma fina película de óxido de alumínio (Al2O3), que se adere firmemente à superfície e evita que o processo de corrosão continue. Esse fenômeno recebe o nome de apassivação do alumínio.

Uma forma muito comum de proteger um metal da corrosão é revesti-lo com metais que tenham maior potencial de oxidação, ou seja, maior tendência a perder elétrons. Assim, o metal do revestimento se oxida primeiro e retarda a oxidação do outro, sendo, por isso, chamado de metal de sacrifício. O magnésio é um exemplo de metal de sacrifício, muito utilizado no recobrimento de tanques de aço, navios e oleodutos.

Outra medida muito frequente de combater a corrosão é a pintura com tintas especiais. Quando bem aplicada, a tinta forma um filme protetor que evita o contato do metal com o ar, impedindo a formação de ferrugem.

Referências
http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc19/a04.pdf
http://www.fem.unicamp.br/~celia/slides.ppt
http://www.iope.com.br/3i_corrosao.htm

“Corrosão” é um termo que geralmente é empregado para se referir à destruição gradativa dos metais. Na realidade, porém, esse termo é bem mais amplo, pois existem três tipos de corrosões (química, eletroquímica e eletrolítica), que podem ou não ocorrer com metais, ocorrendo também com concreto e com polímeros, por exemplo. Mas a que iremos tratar aqui é a corrosão eletroquímica.

Essa corrosão envolve reações de oxidorredução que transformam os metais em óxidos ou em outros compostos. Por exemplo, como as imagens abaixo mostram, vemos no cotidiano a formação de ferrugem em objetos de ferro, a prata ficar mais escura com o tempo e a formação de uma camada verde, mais conhecida como azinhavre, sobre objetos feitos de cobre.

Em todos esses casos ocorreu que o metal oxidou-se, isto é, perdeu elétrons, enquanto outra espécie química, como o oxigênio (O2) do ar, sofreu redução (ganhou os elétrons), causando a oxidação do metal.

Todos os metais sofrem corrosão, com exceção apenas do ouro e da platina. No entanto, no caso de alguns metais, essa corrosão é menos violenta porque os compostos formados funcionam como uma espécie de proteção. Por exemplo, no caso da prata mencionada, a película preta que acaba servindo como proteção é o sulfeto de prata (Ag2S), que se forma em contato com o oxigênio do ar e com a poluição atmosférica (que envolve compostos do enxofre):

4Ag(s) + O2(g) + 2S2-(aq) + 4H+(aq) → 2Ag2S(s) +2H2O(?)

Essa camada insolúvel de sulfeto de prata tem coloração azulada ou ligeiramente violácea e, com o tempo, vai ficando preta.

No caso do cobre, o azinhavre formado é, na verdade, uma mistura tóxica de hidróxido de cobre I, hidróxido de cobre II, carbonato de cobre I e carbonato de cobre II.

A corrosão dos metais é um processo que ocorre espontaneamente e causa anualmente grandes prejuízos econômicos para nossa sociedade. Objetos metálicos nos lares são perdidos, tais como utensílios e eletrodomésticos; nas indústrias, equipamentos e máquinas industriais precisam receber manutenção ou ser substituídos; há o risco de vazamentos de materiais poluentes para o meio ambiente em virtude da corrosão de tubulações e tanques, além de poder também ocorrer acidentes. Nas cidades, ocorre a corrosão de estruturas de pontes, edifícios, carros, navios e monumentos artísticos.

Calcula-se que 30% de todo o aço (liga metálica feita de aproximadamente 98,5% de ferro, 0,5% a 17% de carbono e traços de silício, enxofre e fósforo) mundial seja produzido apenas para repor objetos que foram corroídos.

Isso nos mostra que o maior prejuízo e a mais conhecida corrosão é a que ocorre com o ferro, formando a ferrugem. Mas como ela ocorre e de que é constituída a ferrugem?

O mecanismo completo da corrosão do ferro ainda não está completamente esclarecido, mas sabe-se que ela está relacionada à oxidação do ferro por meio de agentes oxidantes, que são a água e o oxigênio. Por isso, o ferro oxida-se facilmente quando é exposto ao ar úmido, principalmente se houver grande presença de água.

Bem, visto que o ferro possui potencial de oxidação maior que o do oxigênio, ele perde elétrons, ocorrendo a seguinte reação anódica:

Fe (s) → Fe2+ + 2 e-

Existem vários processos de redução que podem ocorrer, mas o da água é o mais significativo:

2 H2O + 2e– → H2 + 2OH–

Para que ocorra esse processo de oxirredução, deve haver contato elétrico entre a região anódica e catódica para que ocorra o fluxo de íons entre essas regiões e o circuito elétrico feche-se. Isso acontece como mostra a figura a seguir:

Os íons Fe2+ têm a tendência de migrar para a região catódica (polo negativo), enquanto os ânions OH- migram para o polo positivo (região catódica), ocorrendo a formação do hidróxido ferroso (Fe(OH)2).

Fe2+ + 2OH– → Fe(OH)2

Na presença de oxigênio, esse composto é oxidado a hidróxido de ferro III (Fe(OH)3), que depois perde água e transforma-se no óxido de ferro (III) mono-hidratado (Fe2O3 . H2O), que é um composto que possui coloração castanho-avermelhada, isto é, a ferrugem que conhecemos:

2Fe(OH)2 + H2O + 1/2O2 → 2 Fe(OH)3

2Fe(OH)3 → Fe2O3 . H2O + 2H2O

A presença da água favorece a formação da ferrugem porque possui íons dissolvidos, o que facilita o fluxo dos elétrons.

Apesar de tais perdas, os cientistas pesquisam constantemente várias técnicas que conseguem evitar essas corrosões, tais como o uso de pinturas protetoras, a produção de aço inoxidável e o uso de metais de sacrifício em técnicas conhecidas como galvanoplastia e galvanização.

O processo corrosivo tem origem atômica, e ocorre devido a reações eletroquímicas, que se iniciam quando dois ou mais elementos químicos entram em contato, e a Diferença de Potencial (DDP) existente entre eles, induz uma corrente elétrica na superfície ou no interior dos materiais. A corrosão pode ser catalisada por exemplo, quando um determinado metal é exposto ao contato com o solo, água, ar, ou outro elemento químico, sem necessariamente haver contato entre dois materiais no mesmo estado.

O que é a corrosão?

Considerando a literatura existente, é possível compreender que a corrosão é um processo natural, ou seja, trata-se da tendência do minério (metal) retornar ao seu estado original, e que ela não pode ser evitada na plenitude, entretanto, pode ser mitigada e/ou postergada, através de técnicas de proteção, amplamente difundidas, como por exemplo a aplicação tratamentos, revestimentos e tintas, a utilização de metais de sacrifício, que criam uma camada de proteção, e de inibidores que alteram as condições do meio e ajudam a controlar o processo de corrosão, evitando assim, perdas econômicas diretas e indiretas.

Num aspecto muito difundido e aceito universalmente, pode-se definir corrosão como a deterioração de um material, geralmente metálico, por ação química ou eletroquímica, do meio ambiente aliada ou não a esforços mecânicos.

GENTIL, Vicente 1678

Ainda de acordo com Vicente Gentil, a deterioração de materiais não-metálicos, como por exemplo concreto, borracha, polímeros e madeira, devida a ação do meio ambiente, é considerada também, por alguns autores, como corrosão. Sendo a corrosão, em geral, um processo espontâneo, que está constantemente transformando os materiais metálicos de modo que a durabilidade e desempenho dos mesmos deixam de satisfazer os fins a que se destinam.

Minério de ferro

Quais são as diferenças entre oxidação, corrosão e ferrugem?

Oxidação: A oxidação é o início do processo que vem a ser chamado de corrosão e que dá origem à ferrugem. A causa mais comum da oxidação é o contato do metal com o ar, vapor d’água ou água.

Corrosão: A corrosão é o desgaste do material provocado pela oxidação, sendo que no caso de haver aço ou ferro fundido na composição do material, dá-se início à ferrugem.

Ferrugem: Após oxidar e sofrer danos devido a corrosão, os materiais passam a gerar hidróxido de ferro, que forma uma camada avermelhada sobre o material, conhecida por destruir a resistência do metal e, dependendo de sua quantidade, inviabilizar a recuperação.

A corrosão pode causar acidentes?

Quando negligênciada a corrosão pode vir a ser a causa de acidentes graves, sendo que, de centenas de casos registrados na história recente, convém destacar dois (2) dos mais conhecidos, ou emblemáticos acidentes causados pela corrosão:

1 - Em 15 de dezembro de 1967, a ponte Silver Bridge sobre o rio Ohio no Estados Unidos, colapsou durante o horário de pico, causando a morte de quarenta e seis (46) pessoas, sendo que a conclusão sobre a causa foi a seguinte:

A falha da ponte foi atribuída a um defeito em um único elo, na barra ocular 330, no norte da cadeia subsidiária de Ohio, o primeiro elo abaixo do topo da torre de Ohio. Uma pequena rachadura se formou devido ao desgaste por fricção no rolamento e cresceu devido à CORROSÃO interna, um problema conhecido como rachadura por corrosão sob tensão.

BENNETT, John 1967

2 - Em 28 de abril de 1988, o voo 243 da Aloha Airlines com um Boeing 737-297 sofreu uma descompressão explosiva, que perdeu parcialmente a fuselagem durante o voo, deixando a primeira classe completamente sem teto, o que causou a morte de uma (1) tripulante. Após a investigação o US National Transportation Safety Board (NTSB) concluiu que:

A causa provável deste acidente foi a falha do programa de manutenção da Aloha Airlines em detectar a presença de danos significativos de descolamento e fadiga, o que levou à falha da junta sobreposta em S-10L e à separação do lobo superior da fuselagem. Contribuíram para o acidente a falha da administração da Aloha Airlines em supervisionar adequadamente sua força de manutenção; a falha da FAA em exigir a inspeção da Diretriz de Aeronavegabilidade 87-21-08 de todas as juntas do colo propostas pelo Boletim de Serviço de Alerta da Boeing SB 737-53A1039; e a falta de uma ação ou negligencia (pela Boeing que não atuou, pela FAA que não exigiu) após descobertas as primeiras dificuldades de produzir a junta sobreposta a frio B-737, o que resultou em baixa durabilidade, causada por fadiga, CORROSÃO e rachaduras prematuras.

NTSB

Boeing 737 após voo 243 da Aloha Airlines em 28 de abril de 1988

A CORROSÃO é a causa raiz da perda das funções secundárias, de contenção e estrutural no RCM, respectivamente as letras C e E do ESCAPES. Sendo que ela deve ser considerada como um modo de falha, e tratada proativamente com ações preditivas de monitoramento ou preventivamente, com repinturas quando necessário.

MORTELARI, Denis 2021

A corrosão pode causar desperdícios ou prejuízos?

Durante a etapa de desenvolvimento de um projeto, os engenheiros devem considerar diversos aspectos, como por exemplo as propriedades mecânicas, físicas e químicas dos materiais a serem aplicados na etapa de execução, o que geralmente conflita diretamente com o aspecto econômico, pois geralmente o orçamento é enxuto, e eles acabam diante do dilema, que é decidir entre garantir a qualidade e confiabilidade do produto ou a viabilidade comercial dele, sendo que em muitos casos, opta-se pela segunda opção, geralmente por motivos óbvios, que caberiam em um outro artigo específico.

Essa decisão, muitas vezes considerada uma imposição da conjuntura de mercado, impacta diretamente no indicador Life Cycle Cost (LCC), ou seja, no Custo do Ciclo de Vida, que é a somatória da estimativa de todos os custos recorrentes e únicos que ocorrerão durante toda a vida útil de um ativo, serviço, estrutura ou sistema, e acaba se tornando um problema, que a manutenção até tenta resolver, mas dificilmente consegue eliminar, e que pode elevar consideravelmente as despesas com manutenção, portanto o correto dimensionamento das propriedades das máquinas, equipamentos, componentes e peças, deve ser criteriosamente definido na etapa de desenvolvimento do projeto, por uma questão simples, esta é uma deliberação estratégica que pode, somada a outras, onerar o negócio no médio ou longo prazo.

Contudo, os aspectos mecânicos, físicos, químicos e econômicos devem ser observados também durante a fase de execução e no pós projeto, pois existem fatores que podem alterar as características do ativo, e fazer com que ele fique exposto a problemas crônicos que podem surgir, como por exemplo a corrosão, portanto, é extremamente importante que os gestores de compras (Supply Chain), Montagem e Manutenção, estejam sempre atentos e alinhados, com relação as especificações técnicas do projeto, durante todo o ciclo de vida do ativo, para evitar que peças originais, sejam subsituídas por peças paralelas, de qualidade duvidosa ou inferior.

Por exemplo, durante a etapa de montagem, ou durante uma atividade de manutenção, um determinado parafuso de fixação da base de uma bomba, cujo projeto determina que deve ser de aço inoxidável, não deve ser substituído por um parafuso zincado, pois apesar do zinco se comportar como um metal de sacrifício, ele não garantirá a proteção necessária para evitar a corrosão prevista pelos Engenheiros, que pode iniciar num simples parafuso, que não atende a especificação de projeto, e passar a afetar a base estrutural, carcaça ou até mesmo o motor da bomba, que possuem peças metálicas..

Dentre as consequências da corrosão para a indústria, destacam se as econômicas, que podem ocorrer mediante as seguintes situações causadas pela corrosão:

Despesas com a substituição de máquinas, equipamentos, componentes e peças.
Despesas com manutenção e processos de proteção contra corrosão.
Despesas com mão-de-obra.
Despesas com paralisações (Aumento da quatidade de manutenção corretiva, preventiva (Pintura) e preditiva (Inspeções de monitoramento).
Despesas com perda de produtos (Desperdícios, refugo e retrabalhos).
Despesas com proteção ambiental (Legislação, regulamentação, normatização, passivo ambiental).
Despesas com segurança (Acidentes, passivo trabalhista, morosidade na liberação de atuação, aumento da burocracia).
Despesas com superdimensionamento em projetos (Desperdícios).

Ignorar o Life Cycle Cost (LCC) pode ser oneroso?

Como calcular o Life Cycle Cost (LCC):

\[LCC\ =\ [(Cic\ +\ Cin)\ +\ (Ce\ +\ Co\ +\ Cm\ +\ Cs\ +\ Cenv\ +\ Cd)]\]

Onde:

O custo inicial é composto por:

\[Cic\ =\ Custo\ inicial\ de\ compra\]

\[Cin\ =\ Custo\ de\ instalação\ e\ funcionamento\]

Onde:

\[RC\ =\ Custo\ residual\]

O custo residual é composto por:

\[Ce\ =\ Custo\ de\ energia\]

\[Co\ =\ Custo\ de\ mão\ de\ obra\ para\ operar\]

\[Cm\ =\ Custo\ de\ manutenção\]

\[Cs\ =\ Custo\ de\ parada\ de\ produção\]

\[Cenv\ =\ Custo\ para\ cuidados\ ao\ meio\ ambiente\]

\[Cd\ =\ Custo\ de\ disposição\ final\]

Para exemplificar como "comprar o mais barato pode custar caro", vou utilizar a estimativa de LCC de uma injetora, pois esse é um tipo de ativo, que geralmente sofre com os efeitos da corrosão, devido ao processo de injeção, que expõe o ativo a condições de tensão, elevada umidade, mudanças constantes de temperatura e ao contato residual com metais e outros elementos químicos oriundos do processo.

Os valores utilizados neste exemplo são meramente ilustrativos

Observe na tabela acima, que apesar da Injetora A ter um Cic = Custo inicial de compra de R$ 20.000,00 reais mais barato, que o Custo Total do Projeto dela é R$ 17.000,00 reais mais caro, se considerada a estimativa da Injetora B.

COMPRAR

Neste contexto, proponho que qualquer descrição do conceito de corrosão, deve considerar não só a literatura, como também os aspectos históricos mais relevantes, registrados por Vicente Gentil, então professor emérito e titular da Escola de Química da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), através do livro intitulado Corrosão, cuja primeira edição foi publicada no Rio de Janeiro em 1970, pela editora Almeida Neves, sendo que, atualmente está em sua sexta edição.

Vicente Gentil, é considerado patrono da Corrosão no Brasil, e foi simplesmente um dos fundadores da Associação Brasileira de Corrosão (ABRACO) juntamente com o memorável Aldo Cordeiro Dutra, que também deixou importante contribuição literária, ao publicar sua obra prima, sobre Proteção Catódica, que trata das técnicas de combate à corrosão, cuja primeira edição foi publicada no Rio de Janeiro em 1987, pela editora Técnica, sendo que, atualmente está em sua quinta edição.

Curiosidades históricas:

COMPRAR

- A mais importante associação internacional sobre corrosão, é a National Association of Corrosion Engineers (NACE), fundada nos Estados Unidos em 1944.

- Em 1949, a ONU realizou nos Estados Unidos a United Nations Scientific Conference on the Conservation and Utilizations of Resources, na qual o Prof. H. H. Uhlig, do Massachusetts Institute Of Techonolgy (MIT), pela primeira vez apresentou uma estimativa de custo da corrosão naquele país, o qual era da ordem de 5,5 bilhões de dólares por ano.

- A corrosão passou a ganhar evidência em 1961, quando ocorreu o primeiro Congresso Internacional de Corrosão Metálica, na Inglaterra.

- Em 1982 o Rio de Janeiro foi a sede do Congresso Internacional de Corrosão Metálica.

- No Brasil, a conscientização para os problemas de corrosão nasceu basicamente com o advento da indústria do petróleo.

- Coube a Petrobrás um papel de destaque, não só através do Centro de Aperfeiçoamento e Pesquisas de Petróleo (CENAP), mas também através das unidades industriais, principalmente as de refino.