Método de Controle e Prevenção - Tratamento químico (Intro)

Programas de tratamento químico são utilizados em manutenções corretivas e preventivas de sistemas refrigerados a água novos ou antigos. Para aplicação correta dos métodos de tratamento é necessário o conhecimento de dados do sistema tais como idade, tempo de operação, caracterítiscas da água utilizada nos processos, materiais constituintes do sistema e ainda verificar as rotinas de manutenção do maquinário.

Um programa de tratamento químico possui rotinas variáveis de acordo com as particularidades de cada sistema. De um modo geral, o processo de tratamento envolve a coleta periódica de amostras para acompanhamento das condições físico-químicas da água do sistema, realização de testes para aferir as taxas de corrosão presentes no sistema, seleção e aplicação dos inibidores de corrosão , incrustação e  biológicos adequados, e a realização de limpezas mecânicas periódicas dos equipamentos, de modo a eliminar acúmulos e depósitos oriundos de seu funcionamento.

Em sistemas novos e antigos é também observada a necessidade em realizar limpezas químicas para retirar  resquícios de montagem, acúmulos sob a forma de depósitos, óxidos de ferro e outros elementos que, presentes no sistema, reeduzem a eficiência dos equipamentos. A limpeza química utiliza ácidos e bases selecionados de acordo com as especificações do sistema e com os materiais destinados à remoção. Consiste em um processo corretivo que, muitas vezes, integra a fase inicial de um programa de traatmento químico.

Nos próximos posts serão detalhados os tipos de inibidores de corrosão e incrustação, critérios de seleção e métodos de uso.

Método de Controle e Prevenção - Proteção Catódica

A proteção catódica é indicada às estruturas enterradas ou submersas e consiste na conversão de zonas anódicas em uma única área catódica, conferindo proteçao ao sistema contra processos de corrosão metálica.

Há dois mecanismos de proteção catódica, um deles utiliza anodos de sacrifício o outro consiste em um sitema de corrente impressa.

Os anodos de sacrifício podem ser compostos de magnésio ou zinco. Por serem mais eletronegativos que os demais metais do sistema, criam naturalmente uma diferença de potencial entre a estrutura a ser protegida e o anodo. Essa ddp direciona o processo corrosivo ao corpo do anodo que será deteriorado no lugar dos outros metais.

O sistema por corrente impressa cria a diferença de potencial artificialmente pela ação de uma fonte geradora, que converge a corrente elétrica a anodos inertes enterrados no solo.

O uso de anodos de sacrifício tem como vantagens a praticidade na manutenção do sistema, a dispensa de um sistema gerador de corrente e a ausência de interferência pela ação de correntes externas.

O uso de um sistema de corrente impressa apresenta como vantagens maior durabilidade do sistema e a possibilidade de ajustes de acordo com as oscilações sofridas pelo sistema ou suas condições de uso.

   

Para a seleçao correta do mecanismo de proteçao catódico deve-se avaliar a extensão da área a ser protegida, a intensidade do processo corrosivo a que o metal será submetido, o acesso aos locais onde serão instalados os anodos e o custos inerentes ao uso de cada mecanismo.

Próximo post: Tratamento químico preventivo.

Métodos de Controle e Prevenção - Configuração de Sistemas

A montagem de sistemas de resfriamento tende a se adequar ao espaço disponível aos equipamentos e à necessidade de cada componente. Contudo a observação de alguns aspectos pode prolongar a vida útil do sistema. A seguir serão descritos, em tópicos, estratégias de engenharia destinadas a prevenir os desgastes comumente atribuídos aos processos corrosivos.

• Dimensionar adequadamente as dimensões e a composição dos diferentes componentes a serem instalados;

• Aplicar soldas bem acabadas e contínuas de modo a eliminar a presença de frestas e reentrâncias que possibilitam corrosão por pilhas de concentração (aeração diferencial):

• Evitar ângulos fechados e estrangulamentos para que os processos de corrosão por erosão tenham sua intensidade reduzida:

 

•  Evitar o contato direto entre metais de potenciais elétricos dissimilares. Caso isso seja impossível deve-se adicionar uma conexão não metálica para isolamento elétricos das partes:

 

• Evitar cantos vivos, pois estes produzem pontos de fragilidade em revestimentos de proteção;

• Facilitar a drenagem completa de líquidos para evitar áreas de estagnação;

• Optar por tubulações integralmente enterradas ou aéreas, de modo a evitar estruturas parciais, que são mais suscetíveis a corrosão por aeração diferencial ou por gradiente de concentração iônica;

• Evitar o apoio da tubulação sobre superfícies que retenham umidade. Utilizar tubos de ferro ou polipropileno para reduzir a superfície de contato e evitar a umidade:

 

• Prever acessibilidade máxima às áreas cuja a tendência à corrosão seja maior. Dessa forma, o reparo e a manutenção preventiva das partes é facilitada.

• Aplicar revestimento protetor de qualidade de modo a evitar condensação de umidade sobre o metal;

• Instalar equipamentos o mais distante possível de vapores corrosivos ou de respingos produzidos por torres de resfriamento;

• Estabelecer um valor para relação entre área anódica/área catódica maior que 1;

• Utilizar flanges isolantes entre tubulações de diferentes materiais metálicos. O metal de comportamento anódico deve preceder o de comportamento catódico. Quando for impossível a aplicação desta ordem, um trecho de sacrifício, composto pelo material anódico semelhante ao que se deseja proteger deve separar os trechos anódicos e catódicos.

Outras orientações quanto ao métodos de controle mediante cuidados durante a montagem de sistemas podem ser obtidas no livro CORROSÃO de Vicente Gentil, fonte das ilustrações contidas neste post.

Nos próximos posts serão apresentadas outros métodos de controle e prevenção.

Problemas incidentes em águas de resfriamento e refrigeração

A água é utilizada em processos de resfriamento por transferência de calor. O sistemas onde ela pode atuar são classificados em:

Abertos sem recirculação;

Fechados com recirculação;

Abertos com recirculação.

As duas primeiras classes são chamadas de não-evaporativos haja vista a inexistência de perdas de água por evaporação. No sistema aberto, após o processo de troca, a água é inteiramente descartada; já no sistema fechado a água tende a ser reaproveitada integralmente para um novo ciclo de transferência de calor. A terceira classe é chamada de evaporativos pois nele incidem perdas constantes de uma pequena parcela do volume total a cada ciclo por evaporação e respingos. 

Cada classe é mais ou menos susceptível aos problemas relacionados à corrosão, incrustação e formação de depósitos. A tabela a seguir apresenta de forma resumida a tendência de cada sistema em apresentar os problemas descritos:

Tab. 1 – Tipos de problemas encontrados em sistemas de resfriamento.

	Tipo de Sistema
Problema	Aberto S/ Recirculação	Aberto C/ Recirculação	Fechado
Corrosão	0	+	+
Incrustação	-	+	-
Depósitos	0	+	-

Onde: (0) – Incidência normal (+) – Alta Incidência (-) – Baixa Incidência

As consequências dos problemas descritos para um sistema de refrigeração são resumidos na tabela abaixo:

Tab. 2 – Conseqüências dos problemas relacionados à corrosão, incrustação e depósitos em sistemas de refrigeração.

Problema	Causa
Redução da vida útil de tubulações e trocadores de calor.	Corrosão; corrosão sob depósitos; corrosão sob incrustações porosas
Redução da eficiência de troca de calor.	Adesão de produtos de corrosão, incrustação e biofouling.
Vazamento de produtos ou contaminação de produtos por água de refrigeração	Perfuração do trocador de calor através de corrosão ou corrosão sob deposito.
Aumento de pressão (aumento do consumo de energia e desgaste de bombas).	Adesão de produtos de corrosão, incrustação e biofouling; obstrução da tubulação.

Os métodos disponíveis para controle dos processos corrosivos, incrustantes e de formação de depósitos abragem aspectos diversificados, desde a configuração e montagem destes sistemas até o controle de processos químicos através do tratamento da água de resfriamento.

A seguir serão apresentados os médotos de controle e prevenção destinados à reduzir a incidência de processos corrosivos, incrustantes e a formação de depósitos.

Crostas, Depósitos e Biofouling

Crostas, tal como depósitos (fouling) e biofouling são elementos que prejudicam a transferência de calor em sistemas de resfriamento.  A presença de qualquer um destes fatores em um condensador ou trocador de calor resulta em um mesmo problema, contudo a origem e os métodos disponíveis para a remoção de cada um deles são totalmente distintos.

As crostas são formadas a partir da cristalização ou nucleação de sais de dureza sob uma superfície metálica (ou não) imersa em uma água supersaturada. Este processo tem início com a precipitação ordenada de sais em volta de um cristal-semente, resultando em uma formação hogomogênea, dura e aderente.

Os depósitos ou foulling surgem pela sedimentação de partículas espessas como argila, sílica e outros materiais que são incorporados aos sistemas de condensação abertos e à água, através das torres de resfriamento que "lavam o ar" e absorvem dele poeira, matéria orgânica e demais elementos formadores de depósitos.

Quanto ao biofoulig, sua origem é semelhante a dos depósitos, contudo sua composição apresenta matéria orgância como elemento ligante o que o torna mais aderente e danoso ao sistema.

Além de reduzir a capacidade de troca térmica em condensadores, tanto as crostas, quanto os depósitos e o biofouling agravam os processos corrosivos pois sua presença favorece a formação de pilhas de concentração ou aeração diferencial.

Depósitos e o fouling são capazes ainda de obstruir trechos da tubulação e filtros de linha que então contribuem para o aumento de pressão na linha.

Nos próximos posts serão apresentados alguns dos métodos disponíveis para controle de processos corrosivos, de incrustação e de formação de depósitos. 

Tipos de corrosão em sistemas de resfriamento (Parte 3/3)

A oxidação de metais ou materiais de outra espécie pode estar associada à presença de microorganismos como bactérias, algas e fungos.

Determinados microorganismos podem acelerar a velocidade das reações de transferência entre o ânodo e o cátodo, modificar a resistência de películas protetoras existentes na superfície, criar ambientes corrosivos através de alterações no pH ou ainda promover a formação de tubérculos na superfície metálica o que favorece reações de corrosão por pilhas de concentração.

É comumente observada a ação de bactérias oxidantes de enxofre, como a Thiobacillus sp., que formam em seu processo metabólico ácido sulfúrico e gás sulfídrico e tornam o pH do meio mais agressivo ao metal, o que favorece ataques localizados à superfície metálica.

 

Bactérias oxidantes de ferro como a Gallionella sp não promovem a corrosão de forma direta. Seu metabolismo, que utiliza o ferro solubilizado em água, gera produtos que são gradualmente depositados na superfície metálica sob a forma de tubérculos, o que prejudica a distribuição de íons e provoca  a corrosão por pilhas de concentração diferencial.

Pilhas de cocentração diferencial também ocorrem quando certos tipos de algas que, muitas vezes associadas à bactérias sésseis, formam colônias envoltas por biofilme. Trata-se de uma barreira de proteção da colônia contra as variações químicas e físicas do ambiente colonizado, o que permite aos microorganismos associados desenvolvimento, reprodução e ocupação de novos ambientes.

Tipos de corrosão em sistemas de resfriamento (parte 2/3)

São inúmeros os mecanismos de um processo corrosivo, o estudo destes auxilia no desenvolvimento de métodos de controle eficazes e apropriados.

Mecanismos galvânicos, eletrolíticos, sob atrito, por erosão, pilhas de concentração, aeração diferencial e microbiológicos são alguns dos diferentes processos verificados em sistemas de resfriamento.

Segue abaixo a descrição de cada um deles.

Corrosão Galvânica

A corrosão galvânica consiste no comportamento variável de metais que possuam potenciais dissimilares. Quando em contato, na presença de um eletrólito como a água, ligas metálicas diferentes tendem a assumir papéis de anodo e cátodo de uma pilha eletrolítica.

A caracaterística deste mecanismo corrosivo é a presença de perfurações ou desgastes próximos às áreas de acoplamento, nos metais de comportamento anódico.

O fator limitante para este processo está na relação entre as massas do metal anódico e o metal catódico. Quando a relação massa anódica sobre a massa catódica for superior a um, o processo galvânico terá mínima intensidade, caso o contrário seja verificado a taxa de corrosão será definida de acordo com o grau de superioridade da massa catódica sobre a anódica.

Assim, em um pedaço de metal que se deseja fixar em uma superfície qualquer, rebites e parafuso a serem utilizados na fixação devem ser compostos de materiais catódicos em relação ao metal a ser fixado. O inverso poderia causar desgaste prematuro nos pontos de fixação e eventual liberação do metal fixado.

Quando se deseja elaborar um circuito metálico com metais diferentes, é necessário realizar uma consulta à tabela de potenciais que permite prever quais os materiais constituintes seriam apropriados de modo a evitar a formação de uma pilha e a oxidação demasiada de alguns dos seus elementos.

Nos casos em que a junção de materiais extremamente dissimilares seja inevitável o uso de revestimento isolantes apropriados pode evitar deterioração prematura de partes do circuito.

Corrosão Eletrolítica

Correntes produzidas por maquinário externo tais como máquinas de solda ou instalações de eletrodeposição geram problemas de corrosão em estruturas enterradas.

Tais correntes ditas espúrias ou vagabundas tendem a descarregar em solo ou água e ocasionam a deterioração do metal que constitui a estrutura enterrada.

Este processo de corrosão denominado eletrolítico ou por eletrólise condiciona o metal a atuar como anodo ativo de uma pilha eletrolítica.

Sua intensidade é diretamente proporcional à corrente e há uma relação que estabelece que uma intensidade de 1 Amper no decorre de um ano pode consumir cerca de 9 quilos de metal distribuídos em perfurações aletatórias na superfície metálica.

Corrosão Sob Atrito

Consiste na corrosão provocada pelo atrito entre dois corpos, sendo um deles metálico.

Descoramento da superfície metálica e redução da resistência mecância são alguns resultantes desse processo.

Este processo se verifica facilmente em rebites, mancais e rolamentos de esferas.

Corrosão Por Erosão

O movimento de fluidos de relativo potencial abrasivo sobre ma superfície metálica qualquer pode ocasionar este tipo de corrosão.

Os fluidos podem ser gases cujo potencial abrasivo aumenta na presença de água, ou líquidos que por sua vez têm seu potencial abrasivo agravado pela presença sólidos suspensos.

Este mecanismo se faz presente com maior intensidade em curvas, cotovelos, estrangulamentos, pontos de ejeção de vapores e rotores. A corrosão por erosão perfaz um processo mecânico, quando atua isoladamente, contudo, na presença de determinados elementos com processos químicos, passa a ser considerado um processo físico-químico.

Corrosão Por Pilhas de Concentração

Um eletrólito pode apresentar diferentes concentrações iônicas ou oxigênio, estes criam uma diferença de potencial e resultam em processos corrosivos em materiais metálicos de mesma composição.

A corrosão por pilhas de concentração diferencial ocorre quando há diferentes concentrações de um determinado íon (inclusive oxigênio) em uma mesma superfície metálica. Neste caso, o anodo tende a ser o material em contato com a menor quantidade de íons.

Os produtos deste tipo de corrosão são originados nas partes intermediárias entre as zonas rica e pobre. O resultado deste processo se apresenta em oxidações alveolares ou por pites.

Falhas em solda, espaços entre rebites ou parafusos e tubulações enterradas em diferentes substratos são algumas das condições propícias a este tipo de corrosão.

Superfícies onde ocorre atividade microbiana intensa com crescimento microbiológico e produção de biofilme também são susceptíveis a este tipo de ataque, que passa a ser denominado, nestes casos, de corrosão sob depósitos.

Próximo post: Parte 3 - Corrosão microbiológica e meios corrosivos

Tipos de corrosão em sistemas de resfriamento (parte 1/3)

A corrosão pode ser conceituada como um processo de retorno de um composto a sua forma mais estável. Este processo pode ou não estar associado à ação química ou eletroquímica, aliada ou não a esforços físicos.

               

Existem diversas formas de corrosão e a identificação destas ajuda a isolar suas causas e a determinar ações de correção eficazes.

O mecanismo básico dos processos corrosivos, já comentado no post anterior, parte da formação de uma pilha eletroquímica, conforme a ilustração abaixo.

       

Cada parte cumpre uma função. O anodo é o metal a ser corroído, ele doa elétrons ao cátodo que, por sua vez, é o metal que recebe os elétrons e apresenta deposições em sua superfície. O eletrólito é o líquido que possibilita a transferência dos elétrons, sem ele não há corrosão. A ligação metálica entre o anodo e o cátodo perfaz o caminho a ser percorrido pelos elétrons.

Todo este processo pode ser expresso em uma equação denominada Equação Global de Oxi-Redução;

2 Fe + 3/2 O2 + H2O  ==>;  Fe2O3.H2O

Quanto à classificação, o processo corrosivo pode ser dintinguido pelo aspecto, mecanismo e meio corrosivo.

Quanto ao aspecto há a corrosão uniforme, por placas, alveolar, puntiforme, intergranular, trnasgranular, filiforme, por esfoliação, grafítica, dezincificação, ou em torno de solda. A seguir estão as descrições e ilustrações de alguns destes aspectos

A corrosão uniforme antinge todo o corpo metálico provocando perda equivalente de espessura e formação de crostas compostas por ferrugem.

                                                      

A corrosão por placas é caracterizada por escavações formadas na superfície do metal.

                                                       

O aspecto alveolar consiste na formação de sulcos arredondados de profundidade menor que o seu diâmetro.

                                                     

A corrosão puntiforme apresenta sulcos de profundidade maior que o seu diâmetro. Este aspecto está relacionado a casos de perfurações em tubos trocadores de calor e pode ser denominada de corrosão por pite ou pitting.

                                                      

Os tipos de corrosão intergranular e transgranular ocorrem a partir da composição química heterogênea do corpo metálico, constituído de grãos cristalinos, e resultam na perda de resistência mecânica por parte do metal.

A corrosão filiforme é identificada em corpos metálicos revestidos por pinturas, ligas metálicas ou outros revestimentos de proteção. Em locais em que se indentifica fissuras ou falhas nestes revestimentos, há a permeabilidade à água e ao oxigênio, o que resulta em uma oxidação de aspecto filamentoso que se propaga por toda a extensão da falha do revestimento.

                                                       

A corrosão por esfoliação ocorre em diferentes camadas do metal e os produtos deste processo ocasionam o inchamento do metal.

Próximo post: Parte 2 - Tipos de corrosão quanto ao mecanismo.

Sistemas de refrigeração, processos corrosivos e métodos de controle.

Sistemas de refrigeração central que utilizam a água como fluido de troca térmica são suscetíveis a processos corrosivos, definidos como a deterioração espontânea de componentes (metálicos ou não).

Na presença de um eletrólito e de um circuito elétrico, duas ou mais ligas metálicas podem se comportar como catodo ou anodo de uma reação, o que cria uma pilha eletrolítica e gera a corrosão propriamente dita.

Os resultados deste processo são traduzidos em perdas econômicas elevadas de ordem direta ou indireta, ocasionadas por queda na eficiência dos equipamentos, paradas inesperadas do maquinário, aumento no consumo energético, perda de fluidos e deterioração permanente do sistema.

A oxidação pode ser desencadeada ou acelerada por inúmeros fatores, dentre eles destacamos a composição da atmosfera local, que pode conter gases formadores de ácidos em solução aquosa, as características físico-químicas da água utilizada nos processos de troca térmica e a composição química do solo, nos casos em que se verifica a presença de estruturas enterradas.

Tendo em vista os danos causados pelos processos de oxidação, algumas estratégias de controle e prevenção devem ser consideradas para a conservação dos sistemas de refrigeração central.

Em sistemas de ar condicionado ou refrigeração central, por exemplo, estas estratégias incluem cuidados a serem tomados desde a fase de projeto destes sistemas, incluindo a adoção de um programa de tratamento químico para monitoramento e controle da água em circulação e o emprego de sistemas de proteção catódica, tais como anodos de sacrifício e sistemas de corrente impressa.

No caso de sistemas evaporativos que utilizem torres de resfriamento para redução da temperatura do fluido de troca, cuidados especiais devem ser adotados para controle adicional de depósitos e incrustações que, além de prejudiciais à eficiência do sistema, participam como agentes facilitadores dos processos de oxidação.

A presença de microorganismos tais como algas, bactérias e, em alguns casos, fungos podem resultar na formação de lodo nas superfícies de troca térmica (condensadores e enchimento de torres de resfriamento) que, ao se alojar em tubos e filtros, reduzem a passagem de água e prejudicam o funcionamento das maquinas, além de atuar indiretamente nos processos corrosivos.

Métodos de controle como a utilização de água previamente tratada, adoção de aditivos químicos biocida e inibidores de corrosão e incrustação, além da realização de limpeza e manutenção preventiva periódica no sistema, podem controlar e até mesmo eliminar estes agentes que deterioram a estrutura e o maquinário dos sistemas de refrigeração central.

Apresentaremos nos próximos textos descrições detalhadas dos problemas e soluções relacionados aos agentes brevemente citados acima.

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