Materiais Para Equipamentos De Processo

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<p>TI-BC INFORMAÇÕES TÉCNICAS E ADMINISTRATIVAS Materiais para Equipamentos de Processo Pedro C. Silva Telles edição</p><p>Materiais para Equipamentos de Processo Pedro C. Silva Telles edição EDITORA INTERCIÊNCIA Rio de Janeiro - 2003</p><p>Copyright by Pedro Carlos da Silva Telles Direitos Reservados por Editora Interciência Ltda. Capa: Interciência Arte Editoração: Vera Barros Foto da capa: PETROBRAS/Jonio Machado Nota Sobre a Edição CIP-Brasil. Catalogação-na-Fonte A patir desta edição, a atualização deste livro conta com a colaboração Sindicato Nacional dos Editores de Livros, RJ. da equipe técnica da Petrobras, de acordo com contrato firmado entre essa empresa e autor. T275m Para a presente edição, a atualização foi feita pelo Eng Ademaro Marchiori, 6. ed. a quem muito agradecemos. Telles, Pedro Carlos da Silva, 1925- Rio de Janeiro, dezembro de 2002 Materiais para equipamentos de processo / Pedro C. Silva Telles. - 6.ed. - Rio de Janeiro : Interciência, 2003. Pedro C. da Silva Telles Apêndices Inclui bibliografia USBN 85-7193-076-7 1. Engenharia - Equipamentos e acessórios. 2. Processos químicos Equipamentos e acessórios 3. 03-0077. CDD 660.283 CDU 66.03 É proibida a reprodução total ou parcial, por quaisquer meios, sem autorização por escrito da editora Editora Interciência Ltda. Rua Verna Magalhães, 66 - Engenho Novo - RJ - 20.710-290 Tels.: (0xx21) 2241-6916/2581-9378 Fax: (0xx21) 2501-4760 e-mail: editora@interciencia.com.br Visite nosso site: Impresso no Brasil - Printed in Brazil</p><p>Prefácio da Edição Para essa nova edição fizemos uma revisão em profundidade de todo o livro. Tivemos, nessa revisão, a inestimável colaboração do nosso colega e amigo, prof. Márcio de Almeida Ramos, um dos grandes especialistas brasilei- ros em assuntos de materiais e a quem mais uma vez agradecemos. Foi consi- derável a quantidade, extensão e importância dos comentários e sugestões do prof. Márcio aos nossos originais. É impossível enumerar todos os acréscimos e modificações feitas nessa reedição, bastando dizer que foram acrescentados ou completamente modifica- dos 235 trechos do texto, fora um número talvez maior de pequenas revisões. Além disso, foram inseridas sete novas figuras, substituídas duas e 14 foram revisadas. Dentre os assuntos acrescentados, podem-se citar como mais importantes: referência ao novo sistema americano de numeração de materiais; explicações sobre as "Especificações de Materiais"; resistência mecânica dos materiais e recursos empregados para sua melhoria; processos que conduzem a falhas dos materiais em serviço; fluência em condições variáveis; corrosão por gases em temperaturas elevadas; martelamento como recurso para controle da corrosão sob tensão; índices de preços de aços do CONSIDER; aços-liga Mn e aços micro-ligados; emprego dos materiais plásticos em vasos de pressão; materiais para emprego com ácido fluorídrico. Alguns itens completos sofreram uma total reformulação como, por exem- plo, os referentes aos fatores de influência para a seleção de materiais, aos meios de controle da corrosão em equipamentos de processo e aos revestimen- tos internos.</p><p>Além da colaboração do prof. Márcio, queremos também agradecer a todos os colegas que nos deram subsídios e sugestões, ou que apontaram falhas na edição anterior deste livro, bem como às entidades que, gentilmente, nos cederam material para algumas das figuras novas desta edição. Agradece- mos, também, ao Gilberto Vasconcelos Freire pelo trabalho de desenho e revisão de muitas das figuras. Rio de Janeiro, dezembro de 1985 Pedro C. da Silva Telles Prefácio da Edição Este livro é dedicado ao estudo dos materiais usualmente empregados para a construção de vasos de pressão, caldeiras, permutadores de calor, for- nalhas, tanques de armazenagem, tubulações e outros equipamentos de pro- cesso, bem como ao estudo dos e critérios de seleção desses mate- riais. Os equipamentos de processo são a parte mais importante e a maior parcela de custo de numerosas indústrias, tais como refinarias, terminais e ou- tras instalações petroliferas, indústrias petroquímicas em geral, indústrias qui- micas, farmacêuticas e alimentícias, centrais termoelétricas etc. Esses mesmos equipamentos estão também presentes, como itens de maior ou menor impor- tância, em quase todas as demais Para os equipamentos de processo, a seleção e especificação correta dos materiais é um dos problemas mais dificeis e, ao mesmo tempo, mais importan- tes e decisivos, devido às severas condições de trabalho a que está sujeita a maioria desses equipamentos e à exigência que quase sempre existe de perfei- to desempenho e longa duração, por causa do vultoso investimento que repre- sentam e das condições de segurança necessárias e, também, pelo fato de serem essenciais ao funcionamento de indústrias importantes. Procuramos dar a este trabalho um cunho essencialmente prático, com um mínimo de exposições teóricas e com numerosas recomendações e dados práticos sobre as propriedades, casos de emprego e limitações dos diversos materiais usuais. Queremos deixar aqui nosso agradecimento a todos que nos fizeram valiosas críticas e sugestões, bem como ao Gilberto Vasconcelos Freire, pelo trabalho de preparação das figuras deste livro. Esperando que possamos ser úteis a profissionais e estudantes, ficare- mos muito gratos a todos por qualquer observação ou reparo sobre este livro. Rio de Janeiro, junho de 1976 Pedro C. da Silva Telles VIII</p><p>Índice 1. Materiais para Equipamentos de Processo 1 1.1 Equipamentos de Processo 1 1.2 Seleção de Materiais para Equipamentos de Processo 3 1.3 Fatores Gerais de Influência 3 1.4 Outros Fatores de Influência 8 1.5 Observações sobre a Seleção de Materiais 9 1.6 Classificação dos Materiais para Equipamentos de Processo 11 1.7 Especificações de Material 14 1.8 Resistência Mecânica dos Materiais Metálicos 15 1.9 Recursos para Melhorar as Propriedades Mecânicas dos Materiais Metálicos 18 1.10 Processos que Conduzem a Falhas em Serviço 21 1.11 Tensões Admissíveis das Normas de Projeto 22 1.12 Comparação de Custo dos Materiais 24 2. Efeito da Temperatura no Comportamento Mecânico dos . Materiais Metálicos 27 2.1 Propriedades Mecânicas dos Materiais Metálicos em Temperaturas Elevadas 27 2.2 o Fenômeno da Fluência 2.3 A Fluência e Projeto dos Equipamentos 2.4 Serviços em Temperaturas Elevadas 2.5 Fragilidade à Baixa Temperatura 2.6 Condições para a Fratura Frágil 4 2.7 Fatores de Influência para as Fraturas Frágeis 4 2.8 Temperatura de Transição - Teste de Impacto 2.9 Ocorrência de Baixas Temperaturas 4 2.10 Serviços em Baixas Temperaturas 4 3. Corrosão 5 3.1 Generalidades sobre Corrosão 5 3.2 Corrosão Metálica: Eletroquímica e Química 5</p><p>3.3 Causas da Corrosão Eletroquímica Passivação 54 6.6 Aços Austeníticos Corrosão com os Halogênios 144 3.4 Formas de Corrosão Eletroquímica 56 6.7 Aços Inoxidáveis Ferríticos e Martensíticos 145 3.5 Corrosão Uniforme e Corrosão por Pites 58 6.8 Aços Ferríticos e Martensíticos Corrosão em Geral 149 3.6 Corrosão sob Tensão 60 6.9 Aços Inoxidáveis Especiais 151 3.7 Outras Formas de Corrosão 63 6.10 Emprego dos Aços Inoxidáveis em Equipamentos de Processo 155 3.8 Corrosão por Gases em Temperatura Elevada 68 6.11 Recomendações de Aços Inoxidáveis para Alguns Casos 3.9 Fatores que Influenciam a Corrosão 69 Específicos 157 3.10 Controle da Corrosão em Equipamentos de Processo 72 6.12 Especificações Comerciais de Aços Inoxidáveis 161 3.11 Meios de Controle da Corrosão 73 3.12 7. Outros Metais Ferrosos 163 Detalhes de Projeto Contra a Corrosão 78 3.13 Margem para Corrosão 7.1 Ferro Fundido Cinzento 163 80 3.14 Recursos para Controlar as Diversas Formas de Corrosão 165 84 7.2 Ferro Maleável e Ferro Nodular 3.15 Corrosão nos Materiais Não-metálicos 85 7.3 Ferro Forjado e Ferros Ligados 167 3.16 Fontes de Informações sobre Comportamento de Materiais 8. Metais Não-Ferrosos 169 quanto à Corrosão 85 8.1 Metais Não-Ferrosos 169 4. Aços-Carbono 87 8.2 Cobre e Ligas 169 4.1 Aços-Carbono 87 8.3 Cobre Comercial 170 4.2 Efeito da Composição Química 88 8.4 Latões 173 4.3 Soldabilidade e Tratamentos Térmicos 92 8.5 Bronzes 175 4.4 Efeitos da Temperatura Elevada nos Aços-Carbono 93 8.6 Cobre-Níquel 176 4.5 Efeito das Baixas Temperaturas nos Aços-Carbono 95 8.7 Alumínio e Ligas 176 4.6 Corrosão nos Aços-Carbono 97 8.8 Níquel e Ligas 181 Indicações de Uso para Alguns Meios Corrosivos 99 8.9 Níquel Comercial e Metal Monel 181 4.8 Tipos de Aços-Carbono 105 8.10 Inconel, Incoloy, Hastelloys e outras Ligas de Níquel 184 4.9 Formas de Apresentação e Limites de Fabricação 109 8.11 Chumbo e Ligas 185 4.10 Especificações Comerciais de Aços-Carbono 110 8.12 Titânio, Zircônio e Ligas 186 5. Aços-Liga 113 9. Materiais Poliméricos 189 5.1 Classificação e Casos de Emprego dos Aços-Liga 113 9.1 Materiais Poliméricos 189 5.2 Aços-Liga Molibdênio e Cromo-Molibdênio 115 9.2 Classes de Materiais Poliméricos 192 5.3 Efeito da Temperatura nos Aços-Liga Mo e Cr-Mo 9.3 Emprego dos Materiais Poliméricos 193 119 5.4 Emprego dos Aços-Liga Molibdênio e Cromo-Molibdênio 124 9.4 Deterioração dos Materiais Poliméricos 194 5.5 Aços-Liga Níquel 195 125 9.5 Materiais Termoplásticos 5.6 Outros Aços-Liga 126 9.6 Materiais Termoestáveis 198 5.7 Especificações Comerciais de Aços-Liga 128 9.7 Propriedades Físicas e Químicas dos Materiais Plásticos 199 9.8 Elastômeros 199 6. Aços Inoxidáveis 131 Aços Inoxidáveis 10. Revestimentos Internos 203 6.1 131 6.2 Aços Inoxidáveis Austeníticos 133 10.1 Revestimentos Internos 203 6.3 Aços Austeníticos Propriedades Gerais 135 10.2 Revestimentos Metálicos 206 6.4 Aços Austeníticos Corrosão em Geral 138 10.3 Cladeamento 207 6.5 Aços Austeníticos Sensitização e Corrosão Intergranular 140 10.4 Construção com Chapas Cladeadas 208 10.5 Revestimentos de Calorização e de Galvanização 213 XII XIII</p><p>10.6 Revestimentos por Deposição de Solda 214 Outros Revestimentos Metálicos 215 Revestimentos Não-metálicos 217 10.9 Revestimentos de Concreto e de Cerâmica 218 11. Recomendações de Materiais para Alguns Serviços Típicos 221 Recomendações de Materiais para Alguns Serviços Típicos 221 1 11.2 Recomendações Especiais para Aparelhos de Troca de Calor 223 11.3 Serviço com Água Doce 225 11.4 Serviço com Águas Agressivas 227 Materiais para 11.5 Serviço com Ar Comprimido 229 11.6 Serviço com Vapor 229 Equipamentos de Processo Serviço com Hidrocarbonetos 231 Serviços em Temperaturas Elevadas 234 11.9 Serviços em Baixas Temperaturas 236 11.10 Serviço com Hidrogênio 241 1.1 EQUIPAMENTOS DE PROCESSO 11.11 Serviços com Gases em Geral 243 Este livro abrange O estudo dos materiais para uso em equipamentos de 11.12 Serviços com Cáusticos 245 processo e das propriedades desses materiais que interessam especificamente 11.13 Serviços com Ácidos 246 a essa classe de equipamentos. 11.14 Caldeiras e Fornos 253 Denominam-se equipamentos de processo os equipamentos usados em 11.15 Outros Meios Corrosivos 255 indústrias de processo, que são as indústrias nas quais materiais sólidos ou fluidos sofrem transformações físicas ou químicas ou as que se dedicam à Apêndices armazenagem, manuseio ou distribuição de fluidos. Entre essas indústrias po- A. ALGUNS EXEMPLOS DE SELEÇÃO DE MATERIAIS 259 demos citar as refinarias de petróleo, as indústrias químicas e petroquímicas, 1. Torre de Destilação Atmosférica em uma Refinaria grande parte das indústrias alimentares e farmacêuticas, a parte térmica das de Petróleo 259 centrais termoelétricas, os terminais armazenagem e distribuição de produ- 2. Resfriador de Águas Ácidas 260 tos de petróleo, bem como as instalações de processamento de petróleo e/ou de gás natural, em terra ou no mar. 3. Aquecedor de Hidrocarbonetos 261 Os equipamentos de processo podem ser classificados em três grupos 4. Reatores com Exigência de Uso de Aço Inoxidável gerais: os equipamentos de caldeiraria, as máquinas e as tubulações, sendo que Tipo 304 261 essas últimas são os elementos físicos de interligação entre os demais equipa- B. DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO DA LIGA Fe-C 262 Os equipamentos de caldeiraria incluem os vasos de em geral, Bibliografia 265 e também tanques, esferas, torres, reatores, gasômetros, fornos, caldeiras, tro- cadores de calor, resfriadores, aquecedores, filtros, separadores, silos etc. As Índice Alfabético 269 máquinas usualmente existentes são as bombas, compressores, sopradores, ejetores, centrifugadores e outras máquinas de movimentar fluidos. Neste livro não trataremos dos materiais para as máquinas, limitando-nos aos materiais para os equipamentos de caldeiraria e para as redes de tubulações. Nas indústrias de processo existem três condições específicas caracte- rísticas que tornam necessário um maior grau de confiabilidade para os equi- pamentos (e, para a seleção de materiais para esses equipa- mentos), em comparação com que é normalmente exigido para as demais indústrias em geral: Veja O livro Vasos de Pressão, do mesmo autor. XIV</p><p>as indústrias de processo trabalham quase sempre em regime contí- tanques de armazenagem e outros reservatórios apenas com pressão nuo, dia e noite, durante muitos meses a fio. Os períodos de opera- hidrostática; ção contínua denominados de "campanhas" duram, em média, até 36 meses*, ao final dos quais há uma parada para manutenção e tubulações de processo; revisão dos equipamentos, a que se segue uma nova campanha. Os equipamentos ficam, assim, submetidos a um regime de operação tubulações de utilidades; tubulações industriais muito mais severo do que em outras tubulações de transporte; os diversos equipamentos formam uma cadeia contínua, através da tubulações de drenagem; etc. qual circulam os fluidos de processo. Desse modo, a falha ou parali- sação de um único equipamento, por qualquer motivo, obriga geral- mente à paralisação, ou redução de produção, de toda a instalação. É 1.2 SELEÇÃO DE MATERIAIS PARA EQUIPAMENTOS DE PROCESSO evidente que toda a paralisação não programada de uma indústria A seleção do material adequado a cada uma das partes de um equipa- resulta sempre em vultosos prejuízos de perda de produção e de lu- cros cessantes, vindo daí a necessidade do máximo de segurança e mento de processo é, um dos problemas mais difíceis com confiabilidade de funcionamento desses equipamentos; que se defronta projetista ou o usuário desses equipamentos. nessas indústrias existem, muitas vezes, condições de grande risco, Damos, a seguir, os principais fatores que podem influenciar a escolha devido ao manuseio de fluidos inflamáveis, tóxicos, explosivos ou dos materiais. Essa apresentação não guarda nenhuma ordem de hierarquia ou em elevadas pressões ou temperaturas, condições essas para as quais de importância relativa entre os fatores que é, aliás, muito variável de um caso uma pequena falha ou vazamento pode resultar em um acidente gra- ve, ou mesmo em um desastre de grandes proporções. para outro e que, em geral, depende do caso específico de aplicação do material, Os equipamentos de processo constituem não só a parte mais importan- da situação de mercado e de outros fatores de natureza conjuntural. Além te da maioria das indústrias de processo, como, também, são geralmente, os disso, existem quase sempre fatores que são conflitantes entre si. Por exem- itens de maior tamanho, peso e custo unitário nessas Esses mes- plo, o material melhor do ponto de vista de resistência à corrosão é geralmente mos equipamentos estão igualmente presentes, como itens de maior ou menor o mais caro e vice-versa. Por esse motivo, cabe ao projetista, em cada caso, importância, em quase todas as demais indústrias de outros Os materiais que iremos descrever e estudar nos capítulos a seguir apli- analisar os diversos fatores de influência presentes, verificar os que forem cam-se às seguintes classes de equipamentos de processo: conflitantes e decidir os que devem prevalecer, de acordo com a importância relativa de cada um, dentro das circunstâncias do caso em questão. torres de destilação, de fracionamento, Temos, também, alguns fatores que são gerais, válidos praticamente de retificação, de absorção etc. para todos os equipamentos e suas diversas partes [os fatores (a) até (i), a vasos de pressão vasos de acumulação e para outros fins; seguir] e outros que são específicos de determinados equipamentos ou de reatores; algumas partes dos equipamentos. esferas de armazenagem de gases etc.; caldeiras: Em resumo, o problema geral consiste em selecionar e especificar um trocadores de calor propriamente ditos; material que atenda com segurança às condições de serviço de uma determina- refervedores; da aplicação, com menor custo possível, levando-se em conta as proprieda- trocadores de calor resfriadores; des mecânicas dos materiais, resistência à corrosão, facilidades de obtenção e aquecedores; de fabricação, vida útil esperada etc. condensadores etc.; fornos; 1.3 FATORES GERAIS DE INFLUÊNCIA A "Norma Regulamentadora NR-13" (caldeiras e vasos de pressão), do Ministério do Tra- a) Fatores relativos à resistência mecânica do material balho, define os períodos máximos permissíveis das campanhas, de acordo com a classe desses equipamentos. Propriedades mecânicas do material. As seguintes propriedades Em alguns casos, os serviços intermitentes podem resultar mais severos do que serviço nicas dos materiais podem, com mais influir na sua seleção, deven- contínuo, devido a problemas de fadiga mecânica, colapso incremental, escamação etc. do, em cada caso, ser conhecidas as que se aplicarem: limites de resistência e Isso ocorre, principalmente, quando os períodos de parada são insuficientes para a limpe- za, inspeção e manutenção dos equipamentos. de escoamento, ductilidade (medida pelo alongamento ou pela redução de área), 2 3</p><p>resistência à fluência e à fadiga, tenacidade ao entalhe, temperatura de transi- Em alguns equipamentos existem peças em contato simultâneo com dois ção, dureza e módulo de elasticidade. Voltaremos a esse assunto no item 1.8, fluidos diferentes, como é caso dos espelhos, feixes tubulares e serpentinas dos aparelhos de troca de calor. Para esses casos, a escolha dos materiais ade- a quados é, às vezes, bastante difícil, devido à diversidade de efeitos corrosivos e de temperatura dos dois fluidos em contato. b) Fatores relativos ao serviço** Efeito dos resíduos conseqüentes da corrosão. Qualquer processo cor- Temperatura em que o material deva trabalhar. Essa temperatura é, em rosivo ainda que moderado, ou até desprezível gera sempre resíduos que geral, igual, ou relacionada, com a temperatura do fluido em contato com o vão contaminar o fluido circulante ou contido no equipamento. Por isso, em material. muitos casos, a seleção do material será determinada pelo máximo tolerável de Fluidos em contato. Devem ser considerados os seguintes fatores em contaminação e suas sobre a cor, o gosto, a toxidez ou sobre relação aos fluidos em contato com O material: outras propriedades do fluido. o chumbo, por exemplo, é um material de alta natureza, composição química e concentração do fluido (ou dos fluidos); resistência à corrosão, mas de emprego limitado, porque deixa resíduos alta- mente corrosividade em relação aos materiais; caráter ácido ou básico (pH) e oxidante ou redutor do(s) fluido(s); Os resíduos da corrosão quando se acumulam no fundo dos equipamen- impurezas e contaminantes existentes ou possíveis de existir; exis- tos e tubulações podem ocasionar sérios problemas de corrosão por pites e de tência ou não de gases dissolvidos e/ou de sólidos em suspensão; corrosão em frestas (veja capítulo 3). pressão, temperatura e velocidade relativa do fluido em relação ao Nível de tensões no material. o material deve resistir aos esforços material; solicitantes e, por isso, a sua resistência mecânica deve ser compatível com o flamabilidade e ponto de fulgor; nível de tensões que se tenha, isto é, com a ordem de grandeza dos esforços toxidez, explosividade ou outros efeitos deletérios do fluido. presentes. Para que as espessuras das diversas peças sejam razoáveis, é ne- Com relação aos equipamentos de processo, os fluidos corrosivos em cessário que sejam empregados materiais de grande resistência quando os es- contato a que estamos nos referindo são quase sempre os fluidos circulantes forços forem grandes e vice-versa. Deve ser observado que, em qualquer equi- ou contidos no próprio equipamento. Em alguns casos, entretanto, a seleção pamento, existem sempre numerosos esforços além da pressão do fluido (que, dos materiais para o equipamento pode ser influenciada ou ditada pelo às vezes, não é o esforço predominante), tais como: pesos, ação do vento, ambiente externo ao equipamento: atmosfera, água, solo etc. reações de dilatações térmicas, sobrecargas externas, esforços de montagem Ação dos fluidos sobre os materiais. Nesse aspecto, devem ser consi- etc. derados não só os diversos fenômenos de corrosão (que serão vistos no capí- o valor em si da pressão pode também determinar, em alguns casos, a tulo 3), mas também outros possíveis efeitos deletérios do fluido sobre o seleção do material, como no denominado "serviço com hidrogênio", que será material, como a fragilização, alterações químicas e metalúrgicas etc referido mais adiante (veja figura 4.5 e item 11.10). Natureza dos esforços mecânicos. Independente do nível de tensões, a É muito importante observar que todas as propriedades mecânicas dos materiais variam natureza dos esforços existentes (tração, compressão, flexão, esforços estáti- sempre em função da temperatura (veja capítulo 2), variação essa, às vezes, de cos ou dinâmicos, choques, vibrações, esforços etc.) também pode amplitude. A resistência à corrosão também, em geral, varia muito com a temperatura. condicionar a escolha do material. Os materiais por exemplo, não de- Por esse motivo, é sempre necessário conhecer essas propriedades em toda faixa previsi- vem ser utilizados quando ocorrerem esforços dinâmicos, choques ou altas vel de variação de temperatura a que o material possa ser submetido. Para muitos fluidos, concentrações de tensões. São exemplos de materiais frágeis ferro fundido, as propriedades físicas e químicas podem igualmente variar bastante em função da tempe- o vidro, a cerâmica e alguns materiais metálicos em temperaturas inferiores à ratura. sua temperatura de transição Todos os fatores relacionados com o serviço (fluidos em contato e suas pressões, tempe- Tratando-se de materiais de boa ductilidade, os pontos de concentração raturas, propriedades etc.) são, em geral, variáveis ao longo do tempo, isto é, de tensões, mesmo quando graves, podem não ter maior importância porque o quase sempre, uma série de valores considerados normais, ou de regime, e uma faixa, às material deforma-se localmente, onde as tensões forem elevadas e, com isso, vezes ampla, de variação desses valores, inclusive para situações transitórias anormais há um relaxamento que alivia e redistribui as Essas deformações não ou eventuais de serviço que possam ocorrer. Interessa, portanto, para todos os fatores, podem, entretanto, ser toleradas quando houver repetição ou inversão conhecer não só os valores de regime, como, também, os extremos, sendo, das tensões, devido à possibilidade de trincas por fadiga. te, necessário conhecer a probabilidade e a duração de ocorrência desses extremos. 4 5</p><p>Em materiais frágeis a deformação local e relaxamento das tensões f) Experiência prévia não são possíveis. Voltaremos a esse assunto no item 1.8. A decisão por um determinado material obriga, sempre, que se investi- gue e se analise a experiência prévia que possa existir com esse material no c) Fatores relativos à fabricação do equipamento mesmo serviço. Em casos importantes é, em geral, muito arriscado decidir-se Com exceção do aço-carbono, todos os outros materiais têm determina- por um material para qual não exista nenhuma experiência anterior em serviço das limitações quanto às possibilidades de fabricação e de montagem. Por semelhante. Voltaremos a esse assunto no item 1.5. essa razão, independente de outras considerações, o tipo, o formato e o tama- nho da peça ou do equipamento já de si excluem o emprego de determinados g) Tempo de vida previsto materiais, com os quais não seja possível, ou não seja econômico, fabricar ou o tempo de duração mínima do material tem de ser compatível com o montar a peça ou equipamento em questão. Sobre esse assunto deve ainda tempo de vida útil previsto para equipamento ou para a peça. o tempo de ser considerada a soldabilidade, usinabilidade e a facilidade de conformação do vida útil depende da natureza da aplicação (equipamento principal ou secundá- material. Soldabilidade não é apenas a possibilidade do emprego de solda, rio, peça de reposição etc.), da importância do equipamento, do tempo de como também a maior ou menor dificuldade de soldagem e a necessidade ou amortização do investimento, bem como do tempo previsível de obsolescência não de tratamentos térmicos e de outros cuidados especiais. do equipamento ou da instalação. d) Disponibilidade dos materiais h) Variações toleradas de forma ou de dimensões Facilidade de obtenção do material. Devem ser consideradas a maior Para a maioria dos equipamentos de processo podem ser toleradas varia- ou menor facilidade de obtenção dos diversos materiais possíveis, a necessida- ções relativamente grandes, na forma ou nas dimensões (da ordem de 1% ou, de ou não de importação, os prazos de as quantidades mínimas para a às vezes, mais), durante a vida útil do equipamento, sem que haja prejuízo para compra, a existência de estoque etc. o funcionamento, podendo, portanto, serem selecionados materiais capazes de sofrer tais variações, por efeito de deformações mecânicas, dilatações, desgas- Forma de apresentação do material. As matérias-primas necessárias te por corrosão etc. Existem, entretanto, alguns componentes de equipamen- para a fabricação dos equipamentos de processo (ou de suas partes) podem se tos ou mesmo alguns equipamentos para os quais não se pode admitir apresentar sob várias formas, dependendo do tipo do equipamento ou da parte essas variações dimensionais, devendo, por isso, o material selecionado apre- a ser fabricada: chapas grossas, chapas finas, tubos para tubos de sentar maior estabilidade dimensional. Voltaremos a esse assunto no item 1.5. troca de calor, forjados, fundidos, acessórios de tubulação etc. Na prática, com exceção do aço-carbono, muitos dos outros materiais não são encontra- i) Segurança dos no comércio ou não são facilmente encontrados em todas essas for- mas de apresentação. Por esse motivo, dependendo da forma desejada da ma- Quando o risco potencial do equipamento, ou do local onde o mesmo se téria-prima, alguns materiais devem ser preliminarmente eliminados, para os encontra, for grande ou, ainda, quando o equipamento for essencial ao funciona- quais a forma necessária não exista ou seja de muito difícil obtenção. mento de uma instalação importante, há necessidade do emprego de materiais que ofereçam o máximo de segurança, de forma a evitar a ocorrência de ruptu- e) Custo do material ras, vazamentos ou outros acidentes, que possam resultar em custosas parali- sações, ou mesmo em desastres. É evidente um fator e, decisivo na es- Como já foi observado, são os casos de equipamentos es- colha. Para cada aplicação prática existem quase sempre vários materiais possi- senciais ao funcionamento de toda uma instalação, que poderá ser totalmente veis; o melhor será o que for mais econômico. Para a decisão de qual o material paralisada se o equipamento sair de operação. mais econômico, deve ser considerado não só o custo direto do material, como São exemplos de risco potencial elevado os equipamentos que traba- também uma série de outros fatores: custo de fabricação, tempo de vida, custo com fluidos inflamáveis, tóxicos, explosivos ou em temperaturas ou pres- de paralisação e de reposição do equipamento etc. Por exemplo, o custo por muito altas. Os materiais de baixo ponto de fusão (materiais plásticos, quilo de um aço inoxidável austenítico tipo 304 é, aproximadamente, 2,7 vezes borrachas, alumínio, chumbo etc.) não podem ser empregados em equipamen- superior ao custo de um aço-liga Mo, entretanto, a construção de um tos que devam ser à prova de fogo. equipamento em aço tipo 304 pode resultar mais econômica do que em aço- Reatores nucleares e outros equipamentos sujeitos a altos níveis de liga, porque a soldagem do aço inoxidável é muito mais fácil, além de serem radiação podem sofrer processos específicos de deterioração e sempre exigem dispensáveis os tratamento térmicos. condições excepcionais de segurança. Esses equipamentos estão, entretanto, Voltaremos a esse assunto no item 1.12. fora do escopo deste livro. 6 7</p><p>1.4 OUTROS FATORES DE INFLUÊNCIA 1.5 OBSERVAÇÕES SOBRE A SELEÇÃO DE MATERIAIS Para tubos em geral: Para a solução do problema da escolha dos materiais, a experiência do j) Coeficientes de atrito projetista ou do usuário do equipamento é indispensável e insubstituível. Só a experiência passada, resultante do acúmulo de informações e de soluções Esse fator aplica-se tanto aos tubos para condução como aos tubos de adotadas em casos anteriores, é capaz de julgar com objetividade e segurança troca de calor. o valor da perda de carga admissível é, às vezes, limitado, o grau de influência de cada um dos fatores mencionados acima. Para a maioria obrigando a que se adotem materiais de baixo coeficiente de atrito. Deve ser dos serviços mais usuais, já existem materiais consagrados pela tradição, pela considerada, também, a possibilidade do aumento desse coeficiente durante a prática dos projetistas, dos usuários ou, ainda, pelas normas e códigos exis- vida do equipamento, em decorrência do próprio serviço, devido a incrustações, tentes. Seguir, simplesmente, a tradição é a solução mais simples e segura, corrosão, depósitos etc., que aumentam a rugosidade do material e reduzem a embora nem sempre conduza ao material melhor e mais econômico. o projetis- área útil de ta deve ter espírito aberto para o exame e aceitação de novas práticas, porque a técnica evolui rápido e, continuamente, estão sendo lançados novos materiais Para tubos de troca de calor: ou aperfeiçoados os existentes. k) Condutividade térmica Deve ser observado, entretanto, que quando se considera a experiência prévia de um determinado material, os dados de experiência sejam relativos a Este fator é importante somente para os tubos de troca de calor de um serviço exatamente igual ao que se tenha e não apenas semelhante, porque superfície estendida (aletados, pinados etc.). Para tubos lisos pode, em geral, as numerosas circunstâncias variáveis (temperatura, velocidade relativa do flui- ser desprezado, embora a diferença de condutividade térmica entre os metais do, concentração, impurezas, pH etc.) podem modificar completamente com- seja grande, porque os outros fatores que atuam como barreira térmica (cama- portamento do material, como veremos mais adiante. das limites, incrustações etc.) são muito maiores, tornando pequena a parcela Quando as únicas experiências prévias existentes forem relativas a um devida ao material. serviço não exatamente igual, inclusive quando consistirem apenas em ensaios de laboratório, é importante que sejam estudadas com cuidado as diferenças I) Método de fixação dos tubos aos espelhos em aparelhos de troca de calor em relação ao serviço real que se tem, bem como suas possíveis influências no comportamento do material. É importante observar que as experiências de la- o material dos tubos tem de ser adequado ao método de fixação a ser boratório não conseguem, em muitos casos, reproduzir fielmente as condições empregado: mandrilagem, soldagem etc. do equipamento em serviço; é o caso, por exemplo, dos fenômenos de fluência e muitos dos fenômenos de corrosão, que só são observáveis ao fim de um m) Material dos espelhos e das chicanas em aparelhos de troca de calor longo tempo. Por esse motivo, os resultados de laboratório, mesmo quando o material dos tubos deve ser compatível com o material dos espelhos e confiáveis, devem ser considerados com cautela. das chicanas, tendo em vista problemas, por exemplo, de corrosão galvânica. Voltaremos a esse assunto no item 3.1. Em muitos equipamentos, algumas partes costumam ser feitas de mate- Outros fatores específicos de influência: rial diferente e mais nobre do que empregado para a construção do equipa- mento propriamente dito. Entre esses casos, podemos citar: n) Dureza e resistência à abrasão tubos de troca de calor de caldeiras, fornos, trocadores de calor etc. Este fator aplica-se às peças sujeitas a desgaste superficial pronuncia- Esses tubos, além de estarem em contato com dois fluidos diferen- do, como é caso, por exemplo, de tubulações e outros equipamentos sujeitos tes, devem sempre ter paredes finas, não só para melhorar a troca de ao escoamento de catalisadores, minérios, lamas, fluidos com sólidos em sus- pensão, escoamento bifásico (gás e líquido), provocando impingimento. Hoje em dia, além dos materiais já existentes que podemos chamar de "materiais de prateleira" existem também materiais desenvolvidos e produzidos especificamente para o) Possibilidade de solda com outros metais um determinado caso de aplicação. São os materiais taylored made. Esses materiais, que incluem ligas metálicas especiais, bem como materiais não-metálicos cerâmicos e polímeros, Para algumas partes dos equipamentos, a seleção de materiais poderá são projetados e fabricados especialmente para apresentarem as qualidades desejadas ser ditada pela necessidade de solda com outras partes, que impõe que os nas proporções desejadas. o emprego desses materiais é, entretanto, restrito a alguns metais sejam soldáveis entre É o caso, por exemplo, dos suportes dos poucos casos, devido ao custo muito elevado. É uma verdadeira "alquimia moderna", como vasos, que devem ser de material compatível com a solda no casco do vaso. chamado por alguns autores. 8 9</p><p>calor, como, também, por motivo de redução de peso do conjunto do 1. Relacionar e estudar a experiência prévia existente para serviço em feixe tubular. Por esse motivo, são, de material me- questão. e mais resistente à corrosão; 2. Estudar e analisar todos os fatores que possam influir na seleção do peças internas desmontáveis em vasos de pressão (bandejas, borbu- material. grades, recheios etc.). Essas peças são, 3. Colocar esses fatores em ordem de importância. de material mais resistente à corrosão, para permitir a ajustagem me- 4. Estabelecer as características que deva ter o material ideal. cânica, a desmontagem e, também, para que possam ter pequenas 5. Conhecer os materiais disponíveis e suas limitações físicas e de fa- espessuras, reduzindo, assim, o peso. bricação. Como regra geral, as peças internas não-desmontáveis (soldadas ou 6. Realizar ensaios e testes, caso possível e necessário. fixadas permanentemente à parede do vaso) são sempre do mesmo 7. Comparar os materiais que possam satisfazer, otimizando custo. material do próprio vaso, e as peças desmontáveis podem ser de material diferente, quando necessário ou conveniente; Finalizando, é importante assinalar que a seleção e especificação dos materiais de aparafusamento e de fixação (parafusos, estojos, por- materiais para um equipamento de processo é um problema de engenharia e, cas, arruelas, grampos, clips etc.) são peças pequenas, sujeitas a por isso, como para qualquer problema de engenharia, devem ser considerados grandes esforços e que não podem sofrer alteração dimensional nem todos os fatores éticos e sociais que possam estar envolvidos, ainda que de desgaste por corrosão, que prejudicariam o aperto e dificultariam a forma remota ou indireta. desmontagem; Assim, além do aspecto de segurança em equipamentos que apresentam peças internas em válvulas, purgadores, filtros e outros aparelhos. risco potencial que já chamamos atenção no item 1.3 (i) devem ser conside- Essas peças são, também, geralmente, feitas de material mais resis- rados, por exemplo, possíveis prejuízos a terceiros, danos ecológicos, infra- tente à corrosão, porque são de pequenas dimensões, sujeitas a gran- ções de marcas e patentes etc. des esforços e nas quais não se podem admitir alterações dimensionais, o engenheiro deve ter sempre em vista que seu projeto, ou a sua obra, que perturbariam funcionamento, devido aos ajustes e folgas aper- vai ser realizado e operado por pessoas humanas e deve ter, em última análise, a finalidade de atender, melhor possível, a uma determinada necessidade social. Como já referido no item 1.4 (h), para os equipamentos de processo em geral permite-se quase sempre variações dimensionais relativamente grandes, 1.6 CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS PARA EQUIPAMENTO sem prejuízo do seu o mesmo, porém, não acontece com pe- DE PROCESSO internas desmontáveis em geral, peças com ajustagem mecânica de certa precisão (flanges em geral, por exemplo), materiais de aparafusamento e peças Existe uma variedade muito grande de materiais empregados na constru- em movimento (eixos, hastes móveis etc.) quando existentes. Para todas ção de equipamentos de processo. Sem pretender, absolutamente, que seja essas peças, alterações dimensionais, mesmo pequenas, podem resultar em completa, podemos apresentar a seguinte classificação desses materiais: vazamentos, em grave perturbação do funcionamento ou em dificuldade ou Aços-carbono impossibilidade de montagem e desmontagem. Metais ferrosos Aços-liga Para equipamentos importantes ou de responsabilidade, é conveniente 1. Materiais para vasos de Aços inoxidáveis que, na seleção final dos materiais, seja considerada uma certa margem de pressão e para trocadores para levar em conta possíveis desvios em diversos fatores, tais de calor (inclusive Alumínio e ligas como defeitos no material, defeitos de fabricação do equipamento, falhas em feixe Cobre e ligas Metais não-ferrosos dados de resistência à corrosão, falhas em sistemas de proteção etc., além de Níquel e ligas variações não-previstas de temperatura, velocidade relativa do fluido, concen- Titânio, zircônio e ligas tração e impurezas no fluido etc. Isto é, quando a escolha recair em um material 2. Materiais para caldeiras Aços-carbono que esteja em suas condições-limites de utilização, convém que seja considera- e fornos (inclusive da a possibilidade de uso de outro material melhor, que esteja, portanto, mais Aços-liga tubos) afastado das suas condições-limites. Aços inoxidáveis Resumindo que foi exposto acima, podemos indicar a seguinte rotina Alguns materiais plásticos também podem ser empregados em casos especiais, exceto para a seleção de materiais de um determinado serviço: para feixe tubular. 10 11</p><p>Aços-carbono Trataremos, neste estudo, principalmente, dos materiais metálicos, que Metais ferrosos Aços-liga são de longe os mais importantes para todas as classes de equipamentos de Aços-inoxidáveis processo. 3. Materiais para tanque Os materiais metálicos empregados em equipamentos de processo po- de armazenamento e Cobre e ligas dem ser encontrados no comércio sob várias formas de apresentação, sendo as outros reservatórios Metais não-ferrosos Alumínios e ligas seguintes as mais importantes: sem Níquel e ligas chapas grossas (espessuras de 4,8 mm ou maior) laminadas a quente (chapas planas, retangulares, avulsas); Concreto armado chapas finas (espessuras até 4,8 mm), apresentadas como chapas Materiais não-metálicos Materiais plásticos planas avulsas ou como bobinas; tubos para condução (sem costura ou com costura); Aços-carbono tubos para troca de calor (sem costura ou com costura); Aços-liga acessórios e conexões de tubulação (flanges, curvas, joelhos, tês, Aços inoxidáveis reduções, válvulas etc.); peças forjadas; Metais ferrosos Ferros fundidos peças fundidas. Ferro maleável Ferro forjado Temos, ainda, como formas de apresentação menos importantes ou Ferros-ligados menos no nosso caso entre outras, perfis laminados, barras, tiras e arames. É importante observar que poucos materiais são facilmente Cobre e ligas encontráveis no comércio em todas as formas de apresentação. 4. Materiais para tubulações Alumínio e ligas A ASTM (American Society for Testing and Materials) juntamente com a (tubos, válvulas, conexões Metais não-ferrosos Chumbo e ligas SAE (Society of Automotive Engineers) publicaram a norma ASTM-DS-56a e acessórios de tubulação) Níquel e ligas (Unified Numbering System for Metals and Alloys), introduzindo uma nova Titânio, zircônio e ligas numeração sistemática para identificar os metais e ligas metálicas de uso co- mercial, visando terminar com a balbúrdia e falta de lógica dos diversos siste- Materiais plásticos mas de identificação de metais, em uso corrente nos Estados Unidos. Pela Concreto armado norma DS-56a, cada material metálico diferente será identificado por uma letra, Cimento-amianto seguida de quatro algarismos, sendo as seguintes as letras indicativas das Materiais não-metálicos diversas classes de materiais: Barro vidrado Vidro, cerâmica Axxxx: Alumínio e ligas Mxxxx: Metais não-ferrosos diversos Borrachas Cxxxx: Cobre e ligas Nxxxx: Níquel e ligas Fxxxx: Ferros fundidos Sxxxx: Aços inoxidáveis Aços inoxidáveis Kxxxx: Aços-carbono e Zinco de baixa liga Metálicos Níquel e ligas Todas essas designações valem para materiais em qualquer forma de Chumbo e ligas apresentação. 5. Materiais para revesti- Titânio, zircônio e ligas De todos os materiais, aço-carbono é, como veremos adiante, material mentos internos de vasos, de maior uso, sendo empregado na construção da maioria dos equipamentos de tanques, trocadores de Materiais plásticos processo, ficando a utilização de qualquer um dos outros materiais restrita aos calor e tubulações Concreto casos em que não é possível o emprego do aço-carbono. A razão desse fato é Não-metálicos Vidro, cerâmica que o aço-cabono, além de ser um material de boa soldabilidade, de fácil ob- Borrachas tenção e encontrável sob todas as formas de apresentação, é o material metá- Grafita lico de menor preço em relação à sua resistência mecânica. Para mostrar a Asfalto predominância do aço-carbono, basta dizer que a produção desse material corresponde a mais de 90% da produção mundial somada de todos os materiais Algumas madeiras também podem ser empregadas. metálicos; em uma refinaria de petróleo típica, a percentagem em peso de aço- carbono, no total de equipamentos e tubulações, é de cerca de 12 13</p><p>1.7 ESPECIFICAÇÕES DE MATERIAL plementares ou opcionais (ensaios suplementares, por exemplo) e condições de acabamento, de marcação e de embalagem dos materiais. É comum as Especifica- Todos os materiais, metálicos ou não, empregados nos equipamentos ções de Material fazerem referência a outras normas, que devem também ser con- de processo devem ter as qualidades e propriedades perfeitamente conhecidas sultadas em cada caso. e garantidas e, por isso, é prática usual exigir-se que todos os materiais obede- As Especificações de Material são designadas, cada uma, por uma sigla a alguma "Especificação de alfa-numérica, que serve também para designar os materiais por ela definidos. Chamam-se Especificações de Material documentos normativos emiti- Cada especificação abrange sempre materiais em uma única forma de dos por sociedades de normalização reconhecidas, públicas ou particulares* apresentação, de modo que um mesmo tipo de material, quando existente em ou por alguns fabricantes ou usuários importantes de materiais, definindo as diversas formas de apresentação, estará enquadrado em várias especificações, propriedades de algum material. Essas especificações contêm, geralmente, as como mostrado nas tabelas 5.4 e 6.8. Chama-se atenção, entretanto, que seguintes informações e exigências mínimas: a maioria das especificações inclui não apenas um único tipo de material, mas material abrangido pela especificação, com indicação de sua forma vários tipos, distinguidos entre si pelas denominações de "classes", "graus" de apresentação, finalidade de emprego e, às vezes, também limites e ou "tipos". Por esse motivo, para especificar corretamente um material, não tolerâncias dimensionais (p. ex.: limites de espessura de chapas ou basta citar somente a sigla da especificação, sendo necessário indicar também de diâmetro de tubos); a classe, grau ou tipo do material, bem como as exigências opcionais que processo (ou processos) de fabricação e de acabamento; forem exigidas, quando for caso. composição química do material e respectivas Para mate- As Especificações de Material como aliás qualquer outra norma de riais siderúrgicos é comum que sejam indicadas duas composições engenharia são documentos dinâmicos, sujeitos, periodicamente, a revisões químicas, chamadas de "análise de corrida" ou de "panela" (heat para melhorias, acréscimos e eventuais correções. Por esse motivo, deve-se analysis, laddle analysis) e "análise de produto" ou "comprobatória" prestar atenção para O ano de edição de uma determinada Especificação, princi- (product analysis, check analysis), sendo essa última com tolerâncias palmente tratando-se de equipamentos antigos, ou de material adquirido há mais apertadas; muito tempo. propriedades mecânicas mínimas exigidas. Em geral são especificados, Outro documento referente à qualidade dos materiais que também é no mínimo, os valores dos limites de resistência, de escoamento e prática corrente exigir-se para todos os materiais que sejam empregados em alongamento; eventualmente, outras propriedades podem ser especifica- equipamentos de processo é "Certificado de Qualidade", emitido pelo fabri- das, como redução de área, dureza, energia de impacto etc.; cante do material. Esses certificados, que são numerados, datados e assinados ensaios exigidos, ou recomendados, em corpos de prova para a deter- por profissional habilitado, devem, obrigatoriamente, acompanhar cada lote de minação das propriedades mecânicas e amostragem exigida para es- compra de qualquer tipo de material. o certificado deve conter, no mínimo, as ses ensaios; seguintes informações: quantidade e tipo de material; sigla da Especificação condições de reparo de defeitos observados; de Material à qual material obedece (com indicação de classe, grau ou tipo); condições de aceitação e de rejeição do número e data da corrida ou da fundição de produção do material; valores de Em alguns casos, as Especificações de Material podem ainda conter composição química e de propriedades mecânicas, obtidos de amostras do dados dimensionais, outras propriedades físicas ou químicas, exigências su- material, como exigido na 1.8 RESISTÊNCIA MECÂNICA DOS MATERIAIS METÁLICOS São as seguintes algumas das organizações que emitem Especificações de Material: Brasil: ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) A resistência mecânica dos materiais metálicos é caracterizada principal- ABRACO (Associação Brasileira de Corrosão). mente pelos seguintes parâmetros: Estados Unidos: ASTM (American Society for Testing and Materials); resistência à tração; AISI (American Iron and Steel Institute); ductilidade; API (American Petroleum Institute); SAE (Society of Automotive tenacidade; Grä-Bretanha: BSI (British Standards Institution). dureza; Alemanha: DIN (Deutches Institut für Normung). resistência à fluência; França: AFNOR (Association Française de resistência à fadiga. Alguns usuários importantes de equipamentos, como é caso da PETROBRAS, também Como já foi enfatizado no item 1.2, todas as propriedades mecânicas emitem Especificações de dos materiais variam com a temperatura. 14 15</p><p>A resistência à tração é medida nos ensaios de tração, com procedimentos e A fadiga mecânica é fenômeno da ruptura de um material com tensões corpos de prova especificados por onde são determinados os valores inferiores ao limite de resistência, ou de escoamento, em da dos limites de resistência (LR) e de escoamento (LE). De acordo com as normas, aplicação de um carregamento A resistência à fadiga é medida pelo limite de escoamento corresponde à tensão que causa uma certa deformação plás- número de ciclos necessários para a ruptura, através de ensaios onde é aplica- tica no material, que é de 0,2% para os aços usuais; 0,1% para algumas ligas não- do um carregamento variável, geralmente senoidal. Para cada metal ou liga ferrosas e aços muito duros; e 0,5% para os metais de grande ductilidade, como o metálica tem-se uma curva relacionando a tensão média no material com o alumínio e o cobre, por exemplo. número de ciclos para a ruptura (curvas S-N, ou curvas de Wöhler), como os Embora cada cristal individual seja anisotrópico, a resistência mecânica exemplos da figura 1.1. Para os aços em geral aços-liga e inoxidá- de uma peça metálica é, em geral, a mesma em todas as direções, devido a veis), essas curvas apresentam um patamar, a partir, aproximadamente, de 106 existência de grande quantidade de grãos orientados aleatoriamente. Mediante ciclos de carregamento, de forma que, para tensões inferiores a um certo valor, trabalhos de deformação (laminação, forjamento etc.) é possível conseguir-se uma orientação preferencial dos cristais, de forma a obter melhores proprieda- denominado de "limite de fadiga' (Se), o número de ciclos para a ruptura torna- se infinito. o limite de fadiga costuma ser cerca de metade do limite de resis- des mecânicas em uma determinada direção A ductilidade, isto é, a capacidade do material em se deformar sem se tência dos aços usuais. Por esse motivo, para a grande maioria dos equipamen- romper, é medida pelo alongamento (isto é, a deformação longitudinal sofrida tos de processo, pode-se desprezar o efeito de fadiga, já que, em geral, o núme- pelo corpo de prova na ocasião da ruptura) e pela percentagem de redução de 80 80 área na ruptura (estricção), ambos os valores obtidos nos ensaios de tração. Uma boa ductilidade é muito importante para permitir que o material possa aceitar sem se romper deformações locais resultantes de pontos de con- 70 70 centração de tensões, ou de um aumento súbito de carga por qualquer motivo. A boa ductilidade é também indispensável para todos os materiais que devam sofrer conformação a frio, exigindo-se, nesse caso, um alongamento mínimo 60 60 de A tenacidade de um material é medida pela energia de deformação absor- Aço AISI 4340 vida pelo material até a sua ruptura; esse valor corresponde à área total com- preendida sob a curva tensão/deformação, e é a capacidade do material de 50 50 resistir a um choque sem se romper. É fácil de entender que um determinado material pode ter um grande valor do limite de resistência e pequena tenacida- de, e outros, pelo contrário, grande tenacidade e um valor moderado de limite 40 40 de resistência. 0,5% C Chama-se dureza de um material a sua resistência à penetração superfi- cial, medida pelas escalas Brinell, Vickers e Rockwell. Para a maioria das partes 30 30 dos equipamentos de processo não é geralmente exigido grande dureza, que, pelo contrário, costuma ser prejudicial por dois motivos: 1) em geral, os materiais metálicos de grande dureza são mais sujeitos à 20 20 corrosão sob tensão; 2) em geral, também, quando a dureza é elevada, a ductilidade é peque- Alumínio 2024 na e essa última é uma propriedade bem mais importante. Uma gran- de dureza pode, entretanto, ser necessária para algumas partes alta- 10 10 Ferro mente tensionadas ou sujeitas a grande desgaste superficial, como sedes de válvulas, por exemplo. A dureza é, em geral, proporcional ao limite de resistência do material. 104 106 108 As normas que definem o ensaio de tração uniaxial e respectivos corpos de prova, são, por NÚMERODE CICLOS DE CARRE GAMEN TO PARA A RUPTURA exemplo, a MB4-77, da ABNT, e a E-8, da ASTM. Figura 1.1 Curvas S-N (Curvas de Wöhler). 16 17</p><p>ro de ciclos de carregamento durante a vida útil do equipamento não é muito que diminui a solubilidade de um metal no outro. A adição de elementos de liga grande, e a tensão admissível é inferior à metade do limite de resistência. também pode aumentar a resistência à fluência, à tenacidade e à abrasão. Para os metais não-ferrosos, a curva S-N não apresenta esse patamar, Todas essas propriedades podem ser sensivelmente modificadas mesmo pela tendo uma queda constante, não existindo, assim, o limite de fadiga. adição de pequenas quantidades de elementos de liga, inferiores a 1%, como A resistência à fluência e a resistência ao impacto, relacionadas com serão vistos diversos exemplos nos capítulos seguintes deste livro. Em alguns os fenômenos de fluência e de fratura frágil, serão vistas no capítulo 2, a casos raros, a adição de elementos de liga diminui a resistência mecânica. seguir. b) Processos de fabricação, acabamento e conformação e espessura do material todos esses fatores têm grande influência nos diversos aspectos da 1.9 RECURSOS PARA MELHORAR AS PROPRIEDADES MECÂNICAS resistência mecânica. Por processos de fabricação e de acabamento estamos DOS MATERIAIS METÁLICOS entendendo os processos de laminação, extrusão, trefilação, forjamento e fun- Para todos os materiais metálicos, as propriedades mecânicas não são dição ou variantes ou combinações desses. Os processos que resultam em deformações plásticas (todos os acima citados, exceto fundição), em geral, uma característica intrínseca de cada tipo de material, porque podem ser concorrem para aumentar a resistência mecânica do material. Esse aumento profundamente modificadas por uma série de fatores. Em outras palavras, pode- será tanto maior quanto mais severa for a deformação, porque cada passe se dizer que essas propriedades dependem, em cada caso, do efeito isolado ou sucessivo de deformação promove uma redução no número e na gravidade das combinado desses fatores, entre os quais temos: composição química exata discordâncias, que assim vão sendo gradativamente reduzidas, bem como, em do material, processos de fabricação, de acabamento e de conformação, tama- alguns casos, uma orientação preferencial dos grãos do material, dando maior nho de grãos da estrutura metalúrgica, espessura do material e tratamentos resistência em uma determinada direção. Por esse motivo, os materiais de pe- térmicos realizados. Esses mesmos fatores de influência são, também, os re- quena espessura (chapas finas, fios, tubos de paredes finas), que sofreram cursos que podem ser empregados para melhorar as propriedades mecânicas de maior número de passes de deformação, têm maior resistência unitária do que em determinado material metálico. os de grande espessura. o máximo de resistência é conseguido nos arames e fios que sofreram máximo de deformação. a) Composição química para quase todos os materiais metálicos pode- Um grande aumento no limite de escoamento e na dureza do material se conseguir um grande aumento na resistência mecânica e na dureza, pela pode ser conseguido por trabalhos de deformação a frio no material (martela- adição de elementos de que atuam de vários modos: formação de mento, calandragem, dobramento etc.), devido ao fenômeno do encruamento barreiras que dificultam a movimentação das discordâncias, formação de novos (strain-hardening). Encruamento é o aumento na tensão necessária para causar componentes mais como é o caso da cementita e da martensita uma nova deformação plástica, devido às interferências mútuas entre as nos aços e precipitação de fases sólidas, em do resfriamento, discordâncias, em da própria deformação. o encruamento causa, Como já foi referido neste capítulo, a maioria dos equipamentos de processo trabalha em entretanto, uma sensível redução na ductilidade do material e não é uma condi- regime contínuo, com campanhas de até 36 meses. Dessa forma, número de ciclos ção estável, porque pode ser modificada pela ação do tempo ou por um ciclo completos de pressurização e despressurização raramente será superior a 35 durante Chama-se deformação a frio à deformação realizada em temperatura toda a vida útil do equipamento, e, portanto, muito inferior ao limite de fadiga. inferior à temperatura de recristalização do material, e deformação a quente a Para os materiais não metálicos (materiais cerâmicos, etc.) podemos ter tam- realizada em temperatura superior. Temperatura de recristalização é a tempera- bém, em alguns casos, modificações nas propriedades mecânicas pela ação de alguns tura em que ocorre um rearranjo completo dos átomos e a nucleação de novos dos mesmos fatores que atuam sobre os metais, mas sempre em proporções muito cristais não-deformados; para o aço-carbono, essa temperatura é de cerca de menores do que ocorre com os materiais metálicos. Para exemplificar esse fato, basta dizer que, enquanto os limites de resistência do ferro 540 Além do possível encruamento, qualquer deformação a frio introduz e do alumínio puros são, respectivamente, 1.406 (138 MPa) e 281 (28 tensões internas no material, que podem prejudicar a resistência à corrosão MPa), os limites de resistência das ligas mais resistentes desses metais são 18.900 kg/ (maior tendência à corrosão sob tensão) e a resistência ao impacto. o que foi (1.860 MPa) e 5.480 (538 MPa), isto é, valores 13,5 e 19,5 vezes maiores. dito acima sobre as deformações a frio e a quente, vale também para os diver- o aumento de resistência é principalmente obtido pela formação de componentes meta- processos de conformação do material (calandragem, estampagem, dobra- estáveis (como a martensita, nos aços). Os componentes em equilíbrio estável não dão mento etc.). grande aumento de resistência. o limite de escoamento é a tensão para a qual a movimentação de discordâncias no As chapas muito grossas, além de menor resistência mecânica unitária e material é generalizada. Assim, para aumentar limite de escoamento, procura-se criar maior custo por peso têm, também, maior incidência de defeitos internos, maior barreiras que dificultem essa movimentação. dificuldade no controle da qualidade, menor uniformidade metalúrgica e quími- 18 19</p><p>ca através da espessura, e maior dificuldade em se conseguir efeito de trata- É importante assinalar que há um conflito natural entre aumento da mentos térmicos. As grandes espessuras têm, ainda, maior restrição mecânica resistência mecânica e a ductilidade, porque, para aumentar a resistência nos defeitos internos, que resulta em menor resistência ao impacto (como nica procura-se diminuir a movimentação das discordâncias e, para que haja será referido no Capítulo 2), e menor tamanho de defeito admissível. Para boa ductilidade, é necessário que as discordâncias possam se movimentar. o espessuras acima de 120-150 mm, é impossível reduzir a gravidade dos defei- refino dos grãos é único recurso que aumenta a resistência mecânica, ao tos internos maiores (cavidades, inclusões etc.) somente pela pressão dos mesmo tempo que aumenta, também, a tenacidade (resistência ao impacto). rolos de laminação, sendo necessária a forjagem, quando for necessário um Por todas essas razões, não tem sentido a citação de valores de resis- material de alta qualidade. tência mecânica de um determinado material genérico por exem- plo), sendo necessário, em cada caso, especificar a que condições de composi- c) Tamanho de grão do material tamanho de grão da estrutura ção química exata, tratamentos térmicos, processos de fabricação e de confor- metalúrgica tem também grande influência nas propriedades mecânicas, haven- mação, e espessura, referem-se tais valores. Com relação ao tratamento térmi- do um aumento na resistência mecânica com a redução do tamanho dos grãos, CO, as chapas, tubos e outros produtos metálicos são encontrados no comér- porque torna-se mais difícil a movimentação das discordâncias, devido ao maior cio nas condições de "como laminado" (as rolled), isto é, sem nenhum trata- número de mento térmico, ou normalizados, ou ainda, temperados e revenidos. c) Tratamentos térmicos qualquer tratamento térmico modifica em al- As Especificações de Material indicam sempre os valores mínimos exigi- gum aspecto a resistência mecânica dos metais, porque altera a sua estrutura dos do limite de resistência e do limite de escoamento, ou a faixa variação metalúrgica, sendo a variação das propriedades mecânicas justamente a finali- permissível (máximo e mínimo) desses limites. Na maioria das vezes, esses dade geral dos tratamento térmicos. valores referem-se a materiais sem nenhum tratamento térmico. Quando há Um grande aumento nos limites de resistência e de escoamento, e na algum tratamento térmico, esse requisito é expressamente indicado na dureza, pode ser conseguido pelo tratamento de têmpera, para muitos dos Especificação de As especificações, em geral, não determinam o pro- aços, ou pelo tratamento de endurecimento por precipitação, em alguns aços e cesso de fabricação que é, aliás, muitas vezes uma mera decorrência do tipo de outros materiais metálicos. A têmpera é sempre seguida do tratamento de material. revenido, que melhora a ductilidade do material, embora reduzindo um pouco a resistência mecânica e a dureza. 1.10 PROCESSOS QUE CONDUZEM A FALHAS EM SERVIÇO A melhoria na ductilidade e na resistência ao impacto, prejudicadas pelo encruamento resultante de deformações a frio, pode ser conseguida pelo Um material metálico pode falhar em serviço pela ação de um ou mais recozimento, que também causa alguma redução na resistência mecânica e na dos seguintes processos: dureza. Processos mecânicos: o tratamento de normalização, que refina os grãos do material, e o alívio deformação permanente, ou ruptura, por carregamento excessivo; de tensões, que reduz as tensões internas, aumentam a tenacidade e a resis- fratura frágil; tência ao impacto. deformação permanente, ou ruptura, por fluência; Deve ser observado que os tratamento térmicos de normalização e de fratura por fadiga mecânica; têmpera e revenido são tratamentos efetuados na matéria-prima (chapas, tu- distorção por colapso incremental (racheting) fadiga térmica. bos, forjados etc.), com os quais vai ser fabricado equipamento, enquanto Processos que os tratamentos de recozimento e de alívio de tensão são feitos no equipa- fadiga associado à corrosão; mento pronto, ou em algumas de suas partes. fragilização e outros danos causados pelo hidrogênio; Assim, os recursos para aumentar a resistência mecânica de um material fragilização por metal líquido; metálico são: corrosão sob tensão; adição de elementos de liga; trabalhos de deformação a frio (encruamento); Processos químicos e eletroquímicos: redução do tamanho dos grãos; corrosão generalizada; tratamentos térmicos. oxidação, carbonetação, sulfetação e outros processos corrosi- vos em altas temperaturas; Os trabalhos de deformação a frio contribuem para aumentar a tenacida- corrosão por pites, em frestas, intergranular, seletiva ou outras for- de do material, enquanto que o refinamento dos grãos contribui para melhorar mas de corrosão localizada. a resistência à fluência. 20 21</p><p>A maioria desses processos de falha dos metais será referido e estudado no nada tensão admissível está obrigatoriamente vinculada a todos esses fatores, e só capítulo a seguir. Deve ser observado que a seleção não adequada de um material pode ser empregada juntamente com todas as demais exigências da norma de pode ser a causa de qualquer um desses processos de falha. projeto. É importante notar que a tensão admissível não é uma característica do material e, assim, um mesmo material poderá estar associado a mais de um valor de 1.11 TENSÕES ADMISSÍVEIS DAS NORMAS DE PROJETO tensão admissível, dependendo da norma de projeto. Damos, a seguir, na tabela 1.1, um resumo dos critérios de tensões As normas de projeto das diversas classes de equipamentos de processo admissíveis, adotados pelas normas de projeto mais emprega- estabelecem tensões admissíveis para quase todos os tipos de materiais usual- das para equipamentos de processo. Para cada caso, a tensão admissível a mente empregados, em função das quais é feito o dimensionamento mecânico utilizar nos cálculos será menor dos valores em cada quadro de qualquer das desses equipamentos. seções da tabela. Como na prática quase todos os equipamentos de processo são calcula- dos e projetados de acordo com alguma norma, interessa para a seleção de TABELA 1.1 materiais conhecer as tensões admissíveis das normas, que marcam limite de solicitação mecânica que se permite a cada material. Embora a fixação das Tensões Admissíveis das Normas de Projeto tensões admissíveis seja, de certa forma, arbitrária e até, em alguns casos, con- Tensões admissíveis traditória, de norma para norma, os valores dessas tensões dependem dos Classe de Norma de seguintes fatores, que também são regulados pelas normas do projeto: Equipamento projeto Temperaturas abaixo Temperaturas dentro procedimento de cálculo (mais preciso ou mais grosseiro); da faixa de fluência da faixa de fluência tipo de material ou frágil); tipo de carregamento (estático ou dinâmico, permanente ou transitó- Caldeiras ASME 1 LR/3,5, LE/1,6 LR/3,5, LE/1,6 rio); Tdf, 0,8 Trf grau de incerteza (variação estatística) nas propriedades do material; ASME VIII LR/3,5, LE/1,6 LR/3,5, LE/1,6 desvios entre a forma teórica e real dos equipamentos, e defeitos de Vasos de pressão Div. Tdf, 0,8 Trf e fabricação, dependentes das tolerâncias dimensionais admitidas pela trocadores de ASME VIII LR/3, LE/1,5 Ainda não norma; calor Div. (para tensões primárias estabelecidas procedimentos de inspeção de matéria-prima e de fabricação; de membrana) variações possíveis nas condições de operação; API-650 1.470 para grau de risco potencial do equipamento. (básico) aço-carbono de Para cada material, as tensões admissíveis variam com a temperatura, Tanques de qualidade estrutural devido à variação da resistência mecânica dos materiais, que se observa com a armazenagem API-650 1.720 para temperatura, como veremos no item 2.1. Em altas temperaturas (dentro da (Apêndice D) aço-carbono de chamada "faixa de fluência") as tensões admissíveis dependem, ainda, da de- qualidade estrutural) formação permanente residual que se admite ao fim de um certo tempo, como Tubulações de vapor ASME B.31.1 LR/4, LE/1,6 LR/4, LE/1,6 também veremos mais adiante, no item 2.2. em centrais Tdf, 0,8 Trf Em cada caso, a tensão admissível do material será limite de resistên- Tubulações de an ASME B.31.2 LR/2,66 cia ou o limite de escoamento dividido por um certo número, que é o e de gases coeficiente de segurança. Assim, coeficiente de segurança tem por finalidade Tubulações em refinarias ASME LR/3, LE/1,6 LR/3, LE/1,6 cobrir erros devidos a simplificações ou abstrações de cálculo, variações de e indústrias químicas Tdf, 0,8 Trf cargas que possam ocorrer, desvios de qualidade dos materiais, intensificação de tensões devido a desvios de forma do quipamento ou a defeitos no material Os símbolos têm as seguintes significações: etc. Por esse motivo, a mesma norma que estabelece as tensões admissíveis LR: também estabelece, paralelamente, os procedimentos de cálculo, tipo de carre- valor mínimo do limite de resistência (tensão de ruptura) do mate- gamentos, amostragem necessária de ensaios de materiais (através da Especi- rial na temperatura considerada ou na temperatura ambiente (o ficação de Material), tolerâncias de fabricação e de montagem, inspeção neces- que for menor). LE: sária de matéria-prima e de fabricação etc. Como uma determi- valor mínimo do limite de escoamento, na temperatura considera- da ou na temperatura ambiente (o que for menor). 22 23</p><p>Tdf: tensão que causa uma deformação por fluência de 1% ao fim de TABELA 1.2 100.000 horas, na temperatura considerada (veja capítulo 2). Custo Relativo dos Materiais Trf: tensão que causa a ruptura do material, em da de- Custo Custo formação por fluência, ao fim de 100.000 horas, na temperatura Materiais relativo Materiais relativo considerada. Aço-carbono estrutural 1,00 Aço inoxidável tipo 321 13,7 A norma ASME, VIII, Div. 2, adota tensões admissíveis mais eleva- Aço-carbono qualificado 1,15 Aço inoxidável tipo 410 6,0 das do que a Div. 1, porque exige, paralelamente, um cálculo muito mais preci- Aço-carbono acalmado (com Si) 1,25 Ferro fundido so e faz, também, exigências mais severas sobre detalhes de projeto, inspeção 0,95 de material e de fabricação etc. A diferença entre as tensões admissíveis da Aço-liga 1/2 Mo 2,3 Latão de alumínio 7,6 norma API-650 (básica) e API-650 (apêndice D), deve-se a razões semelhan- Aço-liga 1 1/4 Cr 1/2 Mo 3,1 Latão almirantado 7,8 Aço-liga 5 Cr 1/2 Mo 4,5 90-10 22,0 tes. As várias seções da norma ASME B.31 estabelecem tensões admissíveis Aço-liga 3 1/2 Ni 3,0 70-30 27,0 diferentes, devido principalmente à diversidade de graus de segurança (risco Aço inoxidável tipo 304 8,6 Alumínio 2,5 potencial) e cada uma das classes de tubulações. Aço inoxidável tipo 304L 13,3 Metal Monel 31,8 Observe-se que os limites de 100.000 horas e de 1% de deformação inoxidável tipo 310 13,5 Titânio 41,0 residual permitidos para as tensões admissíveis na faixa de fluência são valores Aço inoxidável tipo 316 11,1 Incoloy 48,5 bastante arbitrários, como veremos melhor no item 2.2. Todos os preços da tabela referem-se a materiais trabalhando na temperatu- 1.12 COMPARAÇÃO DE CUSTO DOS MATERIAIS ra ambiente. Para temperaturas mais elevadas, os índices de preços relativos serão bastante diferentes, devido à diversidade de variação das tensões admissíveis dos Como custo é um dos fatores mais importantes na escolha do material materiais em função da temperatura. Evidentemente, poderiam ser organizadas vá- mais recomendado para um determinado serviço, é indispensável um estudo rias outras tabelas semelhantes, considerando todos os materiais em outras faixas comparativo desses custos. de temperatura. Os preços dos diversos materiais (em particular dos materiais metálicos) Na comparação de custos dos materiais, devem ainda ser levados em são geralmente referidos à unidade de peso (preço/kg). Entretanto, devido à gran- consideração os seguintes pontos: de diversidade de pesos específicos e de resistência mecânica dos materiais, não resistência à corrosão dos diversos materiais. Em um material que tem muito sentido a simples comparação dos preços por kg. A melhor compa- seja menos resistente à corrosão, deverá ser acrescentada uma ração será entre os preços que teria uma mesma peça, capaz de resistir aos sobreespessura de sacrifício, aumentando, assim, a espessura total e mesmos esforços mecânicos, quando fabricada de vários materiais. A compa- peso do Reciprocamente, poderá, em muitos casos, ser ração será, então, feita entre "preços que serão os preços por kg conseguida uma economia de peso e de custo, com emprego de um multiplicados pelo peso específico e divididos pela tensão admissível de cada material mais resistente à corrosão, ainda que mais caro. Voltaremos material. a esse assunto no item 3.13; Damos, a seguir, na tabela 1.2, os índices de preços por kg para diversos maior ou menor dificuldade de soldagem. Há materiais que exigem materiais, considerando-se aço-cabono como tendo 1,00. Note-se que técnicas especiais de soldagem, tratamentos térmicos e também mé- os dados da tabela são indicações aproximadas, servindo apenas para dar uma todos mais rigorosos e mais caros de inspeção das soldas. Todos ordem de grandeza das diferenças de preços, porque todos os preços estão em esses fatores podem encarecer muito a fabricação do equipamento; constante evolução, não sendo possível a obtenção de números exatos perma- maior ou menor facilidade de conformação e de trabalho do material; nentes. Os valores da tabela 1.2 correspondem aos preços médios de cada necessidade ou não de alívio de tensões. Quando a espessura do material, porque os preços reais variam sensivelmente, conforme a forma de material ultrapassa um determinado valor, há a necessidade do trata- apresentação do material: chapas grossas, chapas finas, perfis, tubos, peças mento térmico de alívio de tensões nas soldas, que encarece bastan- forjadas, peças fundidas etc. Existe, sempre, também, um sobrepreço para te a fabricação do equipamento. Em muitos casos, consegue-se uma materiais fora das séries de dimensões padronizadas de fabricação, ou para economia global com O emprego de um material de maior resistência materiais com quaisquer exigências fora ou diferente do que é normalmente mecânica, cuja espessura resulte abaixo do limite de exigência do pedido nas Especificações de Material. alívio de Voltaremos, também, mais adiante, a esse ponto. 25 24</p><p>A tabela 1.3 mostra as percentagens médias do custo da matéria-prima e do custo de fabricação, no custo total do equipamento, para três materiais típicos de grande emprego em equipamentos de processo, podendo-se observar as grandes variações nessas percentagens de um material para outro. TABELA 1.3 Percentagens de custo 2 Material Matéria-prima Fabricação Aço-carbono (A-285 Gr C) 40 60 Efeito da Temperatura no Aço-liga 1 1/4 Mo 50 50 Aço inoxidável tipo 304 65 35 Comportamento Mecânico Obs.: Para aço-carbono não está incluído, no custo de fabricação, nenhum tratamento térmico. dos Materiais Metálicos 2.1 PROPRIEDADES MECÂNICAS DOS MATERIAIS METÁLICOS EM TEMPERATURAS ELEVADAS Para todos os metais e ligas metálicas, as propriedades mecânicas so- frem grandes variações em função da temperatura. De um modo geral, aumento de temperatura faz diminuir limite de resistência, limite de escoamento, a dureza e módulo de elasticidade dos materiais, como mostram as figuras 2.1 e 2.2. Para alguns materiais, como é caso do aço-carbono, um aumento moderado de temperatura causa um aumen- to, também moderado, do limite de resistência, até um certo ponto máximo de onde começa, em seguida, um decréscimo rápido. Na figura 2.1 pode-se notar a grande diversidade das curvas de variação do limite de resistência dos mate- riais, onde se observam, inclusive, vários cruzamentos entre essas curvas. A variação do limite de escoamento e da dureza com a temperatura acompanha, aproximadamente, a variação do limite de resistência. Devido principalmente a essa diminuição de resistência mecânica, todos os materiais têm, na prática, uma temperatura-limite de emprego, acima da qual a sua resistência está tão baixa que obrigaria a adotar grandes espessuras, mesmo para esforços mecânicos reduzidos, tornando antieconômico uso do material. Existem, ainda, outros fatores que condicionam a temperatura-limite de utilização dos materiais, tais como modificações na estrutura metalúrgica, transformações químicas, redução da resistência à corrosão etc., como vere- mos Devido justamente a esses outros fatores, o simples fato de um determinado material metálico ter boa resistência mecânica em temperatura elevada não significa, necessariamente, que possa ser utilizado, na prática, em tal temperatura. Da mesma forma, já referida nos itens 1.8 e 1.9, sobre as propriedades mecânicas dos materiais em geral, as propriedades em temperatu- ras elevadas dependem, também, fundamentalmente, dos tratamentos térmi- e dos processos de fabricação do produto metálico. 26</p><p>A elevação de temperatura causa, também, um aumento na ductilidade dos materiais, o que é uma da redução da resistência mecânica. Esse efeito está mostrado na figura 2.3. . 000 Tudo o que dissemos acima, refere-se às propriedades dos materiais obtidas em ensaios de tração a quente, de muito curta duração (short-time properties). Na realidade, as propriedades mecânicas dos materiais em tempe- raturas elevadas variam, também, em função do tempo decorrido, de forma que 310 os resultados dos ensaios de curta duração não são representativos do com- portamento desses materiais quando material estiver sujeito ao efeito de temperatura, durante um tempo longo, como veremos a seguir. 10 2.2 100 8 8 90 2.0 5 80 70 200 2 a 60 1 50 1,2 40 1,0 30 de 20 0 200 400 600 10 do 1 Aços-carbono e aços inoxidáveis 0 2 Aços-liga ferríticos (Cr, Mo) e aços 200 400 600 800 inoxidáveis ferríticos TEMPERATURA °C Figura 2.2 - Variação do módulo de Figura 2.3 - Variação do alongamento elasticidade com a temperatura com a temperatura para aço-carbono. É importante observar que todos os fenômenos relacionados com tem- peraturas elevadas seguem leis de variação contínua e gradual, como mostram 200 as figuras 2.1, 2.2 e 2.3. Por essa razão, a fixação de quaisquer valores numéri- de temperaturas-limites (tal como todos apresentados nos capítulos seguin- tes), embora seja um procedimento usual e mesmo indispensável na prática, será sempre de certa forma arbitrária e, por isso, esses valores variam bastante, de acordo com a prática de projetistas e usuários, e com outros fatores. 2.2 o FENÔMENO DA FLUÊNCIA TO 50 20 10 Denomina-se de "fluência" (creep) a um fenômeno de deformação per- 30 manente, lenta e progressiva, que se observa nos metais e ligas metálicas, com 28 29</p><p>o decorrer do tempo, quando submetidos a um esforço de tração em tempera- OA: esse trecho corresponde à deformação que ocorre imediatamente tura elevada. A faixa de temperaturas em cujo início o fenômeno da fluência com a aplicação da carga, independente de haver ou não a fluên- passa a ser significativo, chama-se de "faixa de fluência" (creep range) do cia. Essa deformação será elástica ou permanente, conforme a ten- material metálico em questão. Em outras palavras, quando uma peça metálica é são inicial seja ou não inferior ao limite de escoamento. Seria a submetida a uma tração em temperatura superior ao início da faixa de fluência, deformação total obtida em um ensaio de tração a quente, para a observa-se que as deformações vão sempre aumentando progressivamente com mesma carga aplicada. o passar do tempo, ainda que seja constante o esforço e qualquer que seja AB: é o denominado 1° estágio da fluência (a fluência começa no ponto seu valor. Observa-se, também, que os acréscimos de deformação, acima da A), em que a progressão de deformação diminui com o tempo. deformação inicial (isto é, as deformações por fluência), são sempre permanen- BC: corresponde ao estágio da fluência, na qual a progressão de tes, ainda que a tensão inicial seja inferior ao limite de escoamento do material deformação é aproximadamente constante ao longo do tempo. na temperatura considerada e, portanto, a deformação inicial seja não-perma- CD: é 3° estágio da fluência, em que a progressão de deformação é nente. Note-se que em temperaturas abaixo da faixa de fluência (como, por crescente, e que termina pela ruptura do material do ponto D. exemplo, em temperatura ambiente, para a maioria dos materiais metálicos), as deformações são independente do tempo: tanto as deformações não-perma- Caso a carga seja removida, em qualquer momento, haverá uma contra- nentes decorrentes de tensões inferiores ao limite de escoamento, como as ção EE', aproximadamente igual à parte elástica da deformação inicial OA. deformações permanentes, devido a tensões superiores a este limite. A reta tracejada AA' representa a deformação constante que haveria, A temperatura em que se inicia a faixa de fluência é variável de um caso o material estivesse em temperatura abaixo da faixa de fluência. As defor- material para outro, sendo, em geral, relativamente elevada. São as seguintes mações por fluência, isto é, as distâncias entre a curva de fluência e a reta AA' algumas dessas temperaturas-limites aproximadas: na figura 2.4, são sempre deformações permanentes e irreversíveis, qualquer alumínio e ligas 205 °C que seja a deformação inicial correspondente a OA, e qualquer que seja a titânio e ligas 315 °C temperatura, desde que a temperatura esteja dentro da faixa de fluência. Tere- aço-carbono e aços de baixa-liga 370 °C mos, então, em temperaturas elevadas, deformações permanentes mesmo com tensões muito abaixo do limite de escoamento do De uma forma aproximada, pode-se dizer que a faixa de fluência começa a uma temperatura de 0,3 Tf, sendo Tf a temperatura de fusão do material Para um mesmo material, as deformações por fluência serão tanto maio- metálico em graus Kelvin. res e mais rápidas quanto mais altas forem as tensões no material, ou quanto o chumbo é um metal que, devido ao seu baixo ponto de fusão, apresen- mais elevada for a temperatura. A figura 2.5 mostra as curvas de fluência para ta fluência mesmo em temperatura ambiente. o aço-carbono a 450°C, correspondentes a quatro níveis diferentes de ten- Relacionando-se a progressão da deformação por fluência com o tempo sões: 9,6, 11,2, 12,8 e 14,4 Na figura 2.6 estão mostradas as curvas decorrido, obtém-se uma curva com o aspecto mostrado na figura 2.4. Nesta de fluência para um mesmo material e um mesmo valor da tensão, em três curva distinguem-se os seguintes trechos: temperaturas diferentes. Como as deformações por fluência vão sempre aumentando com o tem- D po, terminarão, necessariamente, pela ruptura do material ao fim de um tempo Estágio Estágio Estágio Ruptura mais ou menos longo, caso a carga se exerça o tempo até a ruptura será tanto menor quanto mais alta for a temperatura ou a tensão no E material. Nos níveis usuais de tensão e de temperatura, estágio da fluência é normalmente bastante longo, da ordem de dezenas de anos; pode, entretan- to, nem mesmo existir, resumindo-se a um simples ponto de inflexão na curva de fluência, no caso de materiais de alta liga em condições extremamente E' severas de fluência. A As deformações por fluência têm várias causas: movimentação das discordâncias (escala- gem), difusão atômica, isto é, movimentação de átomos em uma direção preferencial, preen- chendo lacunas na estrutura cristalina, e escorregamento de grãos uns sobre os outros. Todos TEMPO esses fenômenos são ativados pela temperatura e pela aplicação de cargas, e são, por nature- za, irreversíveis, decorrendo as deformações permanentes no Figura 2.4 Curva típica de 30 31</p><p>A figura 2.7 mostra as curvas da variação da tensão de ruptura por em função do tempo para a ruptura, para um mesmo material, em três temperaturas diferentes. A ordenada inicial de cada curva é valor do limite de 0,3 resistência do material na respectiva temperatura. 0,2 T2 500 2,500 T, TEMPO (horas) Figura 2.5 Curvas de fluência do aço-carbono a 450 T,>T,>T, TEMPO Figura 2.7 Curvas tensão de ruptura X tempo para a ruptura (o valor inicial LR é o limite de resistência para cada temperatura). 2.3 A FLUÊNCIA E o PROJETO DOS EQUIPAMENTOS Temperatura Os materiais dos equipamentos de processo não devem nunca atingir 3° estágio da fluência - em que a progressão de deformação se acelera - dentro Temperatura T, do tempo de vida útil previsto para o equipamento, devendo projeto, e inclu- sive a seleção de materiais, serem feitos de forma que isso não aconteça. As tensões admissíveis estabelecidas pelas normas de projeto admitem, entretan- TEMPO to, que se alcance 2° estágio da fluência, que é usualmente atingido nos Figura 2.6 Curvas de fluência à tensão constante. equipamentos que trabalham em temperaturas elevadas. Como vimos no item 1.11, dentro da faixa de fluência as tensões admissíveis são baseadas na de- Para exemplificar numericamente o que representa a fluência, considere- formação de 1% ao fim de 100.000 horas (cerca de 11,4 que mos uma barra cilíndrica de aço inoxidável tipo 304, com 10 m de comprimento corresponde a um ponto no estágio da fluência. Se tivermos, entretanto, um e 12 mm de Em um ensaio de tração de curta duração, a 650 essa equipamento projetado para um tempo sob carga superior a 100.000 horas, barra resiste a uma carga de 5 t, com uma tensão inferior ao limite de escoa- será talvez necessário adotar-se uma tensão mais baixa, para que não se che- mento nessa temperatura e, portanto, sem causar deformação permanente. gue no 3° estágio da fluência. Note-se que, no cômputo do tempo, devem ser Para essa mesma barra, a tabela abaixo indica os tempos necessários para uma descontados os períodos em que equipamento estiver fora de operação ou deformação por fluência de 25 mm e para a ruptura por fluência, em três condi- em temperatura abaixo da faixa de fluência, porque durante esses períodos a ções, podendo-se observar a grande redução nesses tempos com o aumento da deformação por fluência permanece carga de tração e/ou da temperatura. A deformação final de 1% é, em geral, perfeitamente admissível para Carga de tração Temperatura Tempo necessário para cascos, tampos, suportes e outras partes da maioria dos equipa- (kg) deformação de 25 mm ruptura mentos de processo bem como para tubos e tubulações -, sem que haja 1.500 650 04 meses 4 anos 11,4 anos de tempo decorrido correspondem a cerca de 12 a 13 anos de vida do equipa- 3.000 650 20 horas 5 dias mento em serviço, somando-se os tempos de parada entre as diversas campanhas de 1.500 730 20 horas 5 dias & 32 33</p><p>prejuízo para seu desempenho e funcionamento normais. Existem, entretanto, curvas de variação do limite de resistência, dividido por 3,5, e da tensão, que alguns componentes dos equipamentos para os quais não se pode permitir causa 1% de deformação por fluência em 100.000 horas, em função da tempera- uma deformação dessa ordem ou até deformação quase nenhuma deven- tura, para um determinado material. Esses dois valores são justamente os princi- do, portanto, essas partes serem construídas de materiais mais resistentes à pais critérios de fixação das tensões admissíveis, de acordo com a norma ASME fluência: é caso, por exemplo, dos parafusos e estojos, que perderiam Seção VIII, Div. 1, para vasos de pressão, como já nos referimos no item 1.11. aperto se sofressem qualquer aumento de comprimento. Deve-se, também, Pela figura, vê-se claramente as faixas de temperatura em que um ou outro desses limitar as deformações em peças de vedação, peças com ajustagem mecânica valores é mais baixo e, portanto, predominante. de certa precisão (ligações flangeadas e peças internas de válvulas, por exem- plo), bem como para quaisquer peças em movimento, existentes em alguns Efeito Dominante: equipamentos de processo. Como as deformações por fluência só se observam ao fim de um tempo Lim. Resist. Fluência longo, pode-se permitir, no nível usual de tensões de trabalho dos equipamen- tos, que material seja submetido a temperaturas superiores à temperatura de projeto, durante pouco tempo, sem que haja prejuízo para material. Deve ser Lim. Resist. observado, entretanto, que a permanência, por muito tempo, em temperaturas 3,5 acima da de projeto, pode causar graves danos ao material, mesmo que a diferença de temperaturas não seja grande, devido ao rápido aumento de defor- mações por fluência que decorre de um acréscimo de temperatura. Esse fato pode ocorrer por falha em sistemas de controle de temperatura, por previsão Tensão 1% errada da temperatura de operação de um equipamento, ou por operação fora em 100.000h das condições de projeto. A composição química da liga metálica, sistema de cristalização e tamanho dos grãos da estrutura metalúrgica afetam muito a resistência à cia. De um modo geral, a granulação grossa (coarse grain) é mais resistente às deformações por fluência do que a granulação fina (fine grain). Os metais e TEMPERATURA ligas de cristalização cúbica de face centrada são mais resistentes à fluência do que os de cristalização cúbica de corpo centrado; por esse motivo, os aços Figura 2.8 austeníticos são mais resistentes do que os ferríticos e martensíticos (veja Capítulo 6). A resistência à fluência de um material metálico pode ser melhorada pelo Devido à impossibilidade prática da realização de ensaios de fluência com aumento no tamanho dos grãos, ou pela adição de elementos de liga que tempo de vida útil dos equipamentos, foram desenvolvidas várias técnicas de causam precipitados no contorno dos grãos, dificultando seu escorregamento. extrapolação dos resultados obtidos em ensaios realizados em tempo mais curto. Para os aços, principal elemento que contribui para essa melhoria é Essas extrapolações conduzem sempre a erros, que são maiores para os ensaios molibdênio; a adição de metais que precipitam carbonetos titânio, com tensões baixas; de um modo geral, não são confiáveis as extrapolações com tungstênio etc.) também produz um aumento na resistência à fluên- fator superior a 3. cia, sendo esse recurso aproveitado em alguns aços-liga e inoxidáveis de alta Os resultados de resistência à fluência obtidos em uma amostra de um resistência, como será referido nos capítulos 5 e 6. material de uma determinada especificação, podem ser bastante diferentes dos Deve ser observado que a resistência à fluência de um material não resultados de outra amostra de material da mesma especificação, porque pe- guarda uma relação obrigatória com a resistência mecânica desse material obti- quenas diferenças na composição química ou na estrutura metalúrgica podem da em ensaio de tração a quente. levar a grandes diferenças no comportamento à fluência. A resistência à fluência é fator predominante para as tensões admissíveis A norma API-RP 530 (do American Petroleum Institute) relativa ao dos materiais em temperaturas acima de um certo valor. A figura 2.8 mostra as projeto de tubos para fornos, utiliza "parâmetro de Larson-Miller" como téc- nica de extrapolação de resultados de resistência à fluência. Esse parâmetro é função da tensão de tração no material e é determinado em gráficos dessa norma, para cada material. Denominado, às vezes, de colúmbio (Cb), na bibliografia norte-americana. 34 35</p><p>Para muitos equipamentos, a temperatura, nível de tensões, ou ambos, resistência à fluência dos materiais. Verificação, quando for caso, se não são constantes durante toda a vida, como até agora foi suposto. Existem, por 3° estágio da fluência está sendo atingido durante a vida útil prevista ou isso, também técnicas que permitem a avaliação dos danos por fluência em condi- se a deformação permanente final é aceitável; ções variáveis, sendo a mais conhecida a chamada "regra da fração da vida", que resistência à corrosão em temperatura elevada. Geralmente, a corro- é adotada pela norma API-530, para fornos na indústria do petróleo. Por essa são é acelerada com o aumento de temperatura, devendo esse efeito regra, supõe-se que a deformação por fluência acumule-se proporcionalmente ao ser investigado em cada caso. Para algumas formas de corrosão (oxi- dação, por exemplo), picos de temperatura, mesmo de curta duração, serviço em condições uniformes, isto é, a fração de vida consumida na temperatura podem ser desastrosos; T1 e tensão durante o tempo seria igual a onde é tempo para a modificações na estrutura metalúrgica do material. Em quase todos ruptura nas condições T1 e Assim, cada parcela de deformação é considerada os metais e ligas dão-se modificações na estrutura metalúrgica, com como independente da história anterior, que não é exatamente verdade, e pode o aumento de temperatura, tendo na resistência me- levar a desvios entre o comportamento previsto e real. Deve-se ter, portanto, a cânica e na resistência à Embora devam ser sempre consi- soma das parcelas igual à unidade na ocasião da ruptura, e a expressão derados, esses efeitos, em geral, são lentos, não sendo afetados por matemática dessa regra será, então: surtos de temperaturas elevadas de curta duração. Além das temperaturas elevadas como condição de operação, podem ocorrer temperaturas anormalmente altas em equipamentos e processo como de: incêndio, no próprio equipamento ou em suas proximidades; falhas operacionais: erros de operação, falhas em instrumentos ou 2.4 SERVIÇOS EM TEMPERATURAS ELEVADAS sistemas de controle, vazão insuficiente de fluidos sendo aquecidos Para os equipamentos que possam estar submetidos a temperaturas ele- ou de fluidos de resfriamento etc. vadas, os seguintes fatores devem ser considerados para a seleção de materiais: temperaturas-limite que possam ocorrer, em operação normal ou em 2.5 FRAGILIDADE À BAIXA TEMPERATURA qualquer outra condição, mesmo quando transitória ou eventual, como, A experiência mostrou que alguns materiais metálicos que apresentam por exemplo, partida, parada, situações anormais de operação, lava- comportamento dúctil em temperatura ambiente podem tornar-se gem com vapor etc. Quando necessário, devem ser estabelecidas as quando submetidos a temperaturas baixas, ficando sujeitos a possíveis ruptu- temperaturas das paredes metálicas do equipamento, que algumas ras repentinas por fratura frágil, com um nível médio de tensões na peça metá- vezes diferem bastante da temperatura do fluido de operação. Deve lica muito inferior ao limite de resistência ou mesmo ao limite de escoamento ser dada, sempre, uma margem de segurança na avaliação das tempe- do material na temperatura em questão. Esse fenômeno denomina-se "fragili- raturas-limite para prevenir erros ou flutuações imprevistas. Sugere- dade à baixa temperatura" (cold brittleness). se acrescentar 10% da temperatura ou 30 °C, que for menor; Ao contrário das fraturas dúcteis, características dos materiais metáli- tempo previsto de serviço em cada faixa de temperaturas. Distinguir cos em geral, que são sempre precedidas de uma deformação considerável entre serviço contínuo, intermitente, eventual ou de curta duração. (medida pelo alongamento), as fraturas caracterizam-se por apresentar Como já foi observado, pode-se permitir que, durante pouco tempo, pouca ou nenhuma deformação prévia, isto é, material pode partir-se como se ocorram temperaturas superiores à de projeto; fosse vidro. As fraturas dão-se por clivagem (separação entre planos resistência mecânica dos materiais (limite de resistência e limite de cristalinos) do material e, por isso, tanto a deformação como a energia absorvi- da são muito pequenas, fazendo com que a fratura se propague em grande escoamento) na temperatura de projeto; velocidade a partir do ponto de início, às vezes em diversas direções; a veloci- dade de propagação da fratura equivale à velocidade do som no material (para É o caso, por exemplo, das superfícies de troca de calor (espelhos e tubos de feixes aço-carbono cerca de 1.300 m/s). Com isso, a fratura frágil é freqüentemente tubulares e de serpentinas), em que a temperatura do metal tem um valor intermediário entre as temperaturas do fluido quente e do fluido frio e, também, caso das paredes catastrófica, em geral com a perda total do equipamento. Note-se que em uma metálicas de equipamentos que possuam um revestimento refratário interno. Em todos fratura dúctil pelo contrário a energia absorvida é grande, devido à deforma- esses casos, para a correta seleção do material deve ser avaliada a temperatura real da ção considerável e, por isso, ela não se propaga. É importante observar, entre- parede tanto, que as baixas temperaturas, ao contrário das temperaturas elevadas, 36 37</p><p>não causam nenhum dano permanente ao material, sendo tanto a ductilidade como a resistência ao impacto plenamente recuperadas quando o material é Apesar do seu caráter espetacular e catastrófico, a fragilidade a frio é um fenômeno de observação e estudo relativamente recente, tendo sido estu- dado, pela primeira vez, por Roseheim e Hansen, em 1918, quando verificaram que materiais que apresentavam baixa resistência ao impacto tendiam a se romper, em baixas temperaturas, com um nível de tensões muito inferior ao previsível; verificaram também que essas rupturas eram aparentemente associa- das a defeitos locais no material. É clássico caso ocorrido com os navios cargueiros da série "Liberty", e com os navios-tanque tipo T-2, construídos nos Estados Unidos, às pressas, durante a Guerra Mundial, sem grandes cuida- dos de projeto e de construção e com estrutura inteiramente soldada: de 4.694 navios construídos, 1.289 apresentaram fraturas sendo que 233 catas- tróficas, com perda total, dos quais 19 partiram-se ao meio em dois pedaços, que se deve à despreocupação que houve quanto à qualidade dos materiais, do projeto e da construção desses navios e, também, ao relativo desconhecimen- to desse assunto naquela época. A figura 2.9 mostra um exemplo típico de um vaso de pressão rompido por fratura frágil, onde se pode constatar a extensão da ruptura no material. Fratura durante teste Fazendo-se um gráfico da variação do limite de resistência e do limite de Material do vaso: aço-carbono ASTM A-515 Gr 70 (sem alívio de tensões) Espessura: 32mm escoamento, em função da temperatura, para um material metálico sujeito à Temperatura da água de teste: 10°C fragilidade a frio, curvas com o aspecto mostrado na figura 2.10. Note-se o início da fratura junto à chapa de do bocal Supondo que a peça metálica seja absolutamente isenta de defeitos ou de (região de forte descontinuidade irregularidades geométricas, vê-se que tanto LR como LE vão aumentando, Figura 2.9 Vaso rompido por fratura com abaixamento da temperatura, até ser atingido um máximo, onde há uma queda vertical em ambos os limites. Para peças metálicas reais que quase ZONA COMPORTAMENTO OUCTIL FRATURA 100% FRAGIL FRAGIL FRATURA 100 % sempre apresentam algum nível de defeitos ou de concentradores de tensões teremos a possibilidade de fraturas para temperaturas inferiores ao pon- FRATURA PARA SEM DEFEITOS to chamado FTP (fracture transition plastic), e a probabilidade e extensão da FTP fratura frágil serão tanto maiores quanto maior for a tensão no material e mais LIMITE DE baixa a temperatura. É possível, assim, levantar uma curva (chamada curva CAT cracking arrest temperature), que marca para cada valor da tensão a temperatura acima da qual não há propagação da fratura, isto é, não há mais fratura frágil. Essa curva termina na temperatura NDTT (nihil ductile transition- LIMITE DE que é a temperatura em que a ductilidade do material é pratica- mente nula, e abaixo da qual a fratura é sempre completamente frágil. Para aço-carbono, ponto FTP está aproximadamente 66 °C acima da temperatura NDTT. Na zona de transição entre as temperaturas NDTT e FTP, a fratura pode ser parcialmente dúctil e parcialmente frágil. Além da fragilidade à baixa temperatura, que acabamos de ver, vários materiais metálicos que são normalmente dúcteis podem apresentar fragilidade em outras re- lacionadas a transformações metalúrgicas, devido à fabricação (soldagem) ou a condições Figura 2.10 Comportamento dúctil e dos materiais de serviço. É o caso, por exemplo, da grafitização dos aços-carbono (veja item 4.4), da formação de "fase sigma" e da "fragilidade a 475 de alguns aços inoxidáveis (veja NOTA: Os intervalos de temperatura de mostrados na figura itens 6.3 e 6.7) e da fragilização pelo hidrogênio (veja itens 4.7 e 11.10) valem somente para aço carbono. 38 39</p><p>As fraturas frágeis e a transição não ocorrem em todos os mate- ocorrência, devido à continuidade da estrutura que facilita a propagação das trin- riais metálicos, sendo uma característica dos materiais de cristalização cúbica de cas, O que não acontece nas estruturas aparafusadas ou rebitadas, que interrom- corpo centrado (ferro, aço-carbono, aços-liga e inoxidáveis ferríticos e martensíticos, pem essa propagação. A solda mal projetada ou mal-feita é também um importante cromo, molibdênio, etc.), bem como dos materiais de alta resistência, isto fator de introdução de entalhes; além disso, ciclo térmico de aquecimento e é, materiais para os quais se tenha LE > Módulo de Elasticidade/150 Os materiais resfriamento das soldas pode gerar, na região termicamente afetada, estruturas de de cristalização cúbica de face centrada (alumínio, cobre, aços austeníticos maior dureza e mais suscetíveis às fraturas Por esse motivo, problema etc.) não apresentam esses fenômenos, exceto quando de alta resistência como das fraturas frágeis foi grandemente agravado a partir de 1940-1950, com a intro- definido acima que podem apresentar. dução das estruturas soldadas. É também um fato observado, experimen- talmente, de que a maioria das fraturas frágeis ocorridas em equipamentos reais 2.6 CONDIÇÕES PARA A FRATURA FRÁGIL inicia-se nas soldas ou na região termicamente afetada pelas soldas. Daí decorre a grande importância das soldas serem bem projetadas e bem executadas, com os Para a deflagração de uma fratura é necessário que existam, si- procedimentos corretos de soldagem, e O devido treinamento e qualificação dos multaneamente, em pelo menos um ponto da peça metálica, as três seguintes profissionais de execução e de inspeção das soldas (veja-se, por exemplo, a norma condições: ASME, Seção V). tensão de tração elevada. Essa tensão de tração poderá não ser e Como se pode ver, os entalhes tanto podem ser inerentes ao formato não é, na maioria dos casos - a tensão média na peça metálica e, geométrico da peça, como também resultado de defeitos de matéria-prima ou sim, um valor máximo localizado, decorrente da concentração de ten- de construção. provocada por um entalhe, como será visto a seguir; existência de um "entalhe" (notch) suficientemente grave, de qual- 2.7 FATORES DE INFLUÊNCIA PARA AS FRATURAS FRÁGEIS quer natureza, como veremos a seguir; temperatura inferior a um certo valor, que depende da natureza do Para um mesmo material, O aspecto e a posição da curva de variação da material. energia de ruptura com a temperatura podem variar bastante, dependendo do A fratura frágil inicia-se sempre em um ponto onde haja que se deno- efeito combinado dos seguintes fatores: natureza e nível das tensões: apenas as tensões de tração são capa- mina de um entalhe, isto é, qualquer transição brusca de forma geométrica que zes de dar origem a uma fratura frágil. De um modo geral, quanto cause uma acentuada na distribuição de tensões nas suas vizi- mais elevadas forem as tensões no material, maior será a probabilida- A fratura propaga-se quando a energia acumulada na ponta do enta- de de ocorrer uma fratura frágil. Para os aços-carbono usuais são lhe é superior à capacidade do material de resistir à sua esta pode necessárias tensões da ordem do limite de escoamento para que se ocorrer em várias direções, como os galhos de uma árvore. Os entalhes podem inicie a fratura. Deve ser observado, entretanto, que mesmo nos equi- ser defeitos na matéria-prima (inclusões, bolhas, dupla laminação etc.), defei- pamentos corretamente dimensionados, segundo as normas, com ten- tos de solda (trincas, poros, mordeduras, regiões de fusão ou penetração in- limitadas pela tensão admissível do material e, portanto, muito completas), defeitos de fabricação (desalinhamento de solda, por exemplo), ou abaixo desse limite, poderemos ter tensões próximas ao limite de es- descontinuidades de forma geométrica da própria peça, causadoras de pontos coamento ou até acima, nas regiões onde haja entalhes causadores de concentração de tensões. No item 2.10, a seguir, veremos com mais deta- de fortes concentrações de Devem ser consideradas não só lhes as descontinuidades de forma geométrica mais e os meios de as tensões provenientes de solicitações externas, como também as tensões internas residuais, de soldagens, de trabalhos Quanto aos defeitos de matéria-prima e de solda, é importante observar de deformação a frio (dobramento, calandragem, estampagem etc.), e que os chamados "defeitos planares" isto é, contidos em um plano (trin- de dilatações contidas. Note-se que somente as tensões decorrentes cas, fissuras, dupla laminação etc.) são muito mais graves do que os defeitos de solicitações externas são sempre calculadas nos cálculos de di- tridimensionais (inclusões, bolhas, poros etc.) porque esses últimos têm os mensionamento mecânico dos equipamentos, embora as tensões re- bordos arredondados e, por esse motivo, a concentração de tensões na extre- siduais, de qualquer natureza, possam ser avaliadas por procedimen- midade do defeito não é tão intensa como nos defeitos planares. Ainda sobre tos especiais (difração por raios X). A soma de todas essas tensões, os defeitos de matéria-prima e de solda, deve ser lembrado o inter-relaciona- quando acima do limite de escoamento do material, causa pequenas mento que existe entre O tamanho mínimo do defeito detectável e método de deformações plásticas que são, em geral, a olho nu; inspeção adotado. É interessante observar que, nas estruturas e construções espessura da peça: quanto maior for a espessura da peça metálica, soldadas, as fraturas são mais graves e têm maior probabilidade de maior será a constricção a uma deformação imposta, causando, as- 40 41</p><p>sim, a elevação da tensão elástica e favorecendo a fratura frágil. Como a raturas acima da "temperatura de ductilidade nula") (ponto NDTT), as fraturas deformação é impedida pela grande espessura, a tensão vai aumentando não são fenômenos de ocorrência certa, como são, por exemplo, a até causar a clivagem, que é justamente a fratura frágil. Além disso, em fluência e a perda de resistência mecânica em relação às temperaturas eleva- peças de grande espessura aparecem, com maior e com maior das. As fraturas frágeis são, portanto, fenômenos de probabilidade estatística, gravidade, defeitos internos no material, que funcionam como cuja ocorrência é tanto mais provável quanto mais grave for a combinação das concentradores de tensões; diversas condições necessárias e fatores de influência. existência de concentradores de tensões (entalhes): a maior quanti- É importante observar que não existe nenhum meio conhecido de se dade, tamanho ou gravidade dos entalhes concentradores de ten- detectar uma fratura frágil, devido à baixa temperatura, incipiente ou a proximi- favorece grandemente a deflagração de uma fratura frágil. No dade de uma fratura, porque não há nenhuma modificação na micro-estrutura interior de um entalhe concentrador de tensões, a tensão localizada ou nas propriedades do material que antecedam a esse tipo de fratura. Note-se máxima (tensão de pico), pode ser muito maior do que a tensão de que, para todas as outras formas de fratura (sobrecarga, superaquecimento, membrana em local afastado do entalhe. o estado tri-axial de ten- corrosão, fadiga etc.) existem sempre modificações prévias detectáveis no ma- isto é, a existência de tensões segundo as três direções terial. ortogonais, é uma situação que favorece grandemente início de uma fratura frágil; 2.8 TEMPERATURA DE TRANSIÇÃO - TESTES DE IMPACTO composição quimica e elementos presentes: pequenas variações na composição química, assim como a presença, ou não, mesmo em Chama-se "temperatura de transição" à temperatura abaixo da qual exis- pequenas proporções, de alguns elementos, podem fazer variar muito te a possibilidade de fratura frágil de uma peça metálica. Visto que, para um o comportamento do material quanto à fratura frágil. Para os aços, mesmo material metálico essa possibilidade depende de uma série de fatores, em geral, é benéfica a presença de Ni, e Mn, e prejudicial a de P, S, como acabamos de ver, não é possível estabelecer um único valor numérico de V, Mo, Cr e N. Voltaremos a este assunto nos Capítulos 4, 5 e 8; temperatura de transição para cada material ou, em outras palavras, a tempera- tamanho de grãos da estrutura metalúrgica: os materiais com tura de transição não é uma característica física do material metálico, como é, granulação grosseira têm menor resistência à fratura frágil do que os às vezes, erroneamente considerado. que tenham granulação fina; Na prática, é usual definir-se convencionalmente a temperatura de tran- tratamentos térmicos: os tratamentos térmicos de alívio de tensões e sição como sendo a temperatura mínima em que um determinado corpo de de normalização aumentam a resistência à fratura frágil; o primeiro, prova resiste a um choque, com um determinado valor de energia (testes de porque diminui as altas concentrações de tensões, e o segundo, por- impacto), sem que haja fratura frágil. que refina a granulação da estrutura metalúrgica do material. Deve Os testes de impacto (testes Charpy e Izod), que são definidos por diver- ser notado, entretanto, que a repetição de tratamentos de alívio de sas normas, consistem em se medir a energia de choque necessária para rom- tensões pode ser prejudicial, porque tende a aumentar o tamanho per, pelo impacto, uma barra metálica, contendo um entalhe grave e mantida na dos grãos. É importante observar que tratamento de normalização, temperatura em que se quer ensaiar. Procura-se, assim, reproduzir em um corpo devido às altas temperaturas em que é feito, não pode ser realizado de prova as condições agravantes da fragilidade, que são a temperatura baixa, nos equipamentos depois de prontos, mas somente na matéria-pri- a concentração de tensões devido ao entalhe e as tensões elevadas provenien- ma, enquanto que alívio de tensões deve justamente ser feito no tes do choque. equipamento depois de completamente pronto. o parâmetro medido nos testes de impacto é a energia necessária para Existem ainda outros fatores, de menor importância, mas que também deformar e romper um corpo de prova contendo um entalhe grave, de um deter- podem influir na resistência do material à fratura frágil, tais como a direção de minado tipo, como especificado pela norma. laminação em relação à peça, os processos de fabricação, o estado da superfí- A ASTM (American Society for Testing and Materials) estabelece as exi- gências e requisitos para testes de impacto em materiais ferrosos em duas cie etc. Como vimos no item 2.6, é necessário a ocorrência simultânea de três normas designadas por A-20 e A-370. condições para o desencadeamento de uma fratura frágil. Basta que uma des- A norma A-370 define os dois tipos de corpos de prova que são aceitos sas três condições não se verifique para que não haja fratura frágil, ainda que para os testes Charpy (mostrados na figura 2.11), denominados V notch e key- as outras duas condições estejam em situação extrema. Por este motivo, na hole e detalha tipo de máquina de teste, procedimento de dos prática, dentro dos valores usuais de baixas temperaturas (isto é, para tempe- testes e de avaliação dos resultados. & 43 42</p><p>obtidos em ensaios de corpos de prova, porque tanto as condições do ensaio 40 mm como do corpo de prova, podem diferir muito das condições reais e, dessa forma, o comportamento da peça em serviço poderá também ser bastante dife- Apoios rente do resultado do ensaio, embora tanto a peça real como corpo de prova sejam do mesmo material. Assim, o fato do corpo de prova de um material ter mm sido aprovado no teste de impacto a uma determinada temperatura, não signi- fica, necessariamente, que qualquer peça desse material possa trabalhar com 5 mm segurança naquela temperatura. Deve ser notado, também, que os resultados do teste de impacto dependem da orientação do corpo de prova em relação à direção de laminação da chapa. Exceto quando especificado de outra forma, os Golpe Corpo de prova corpos de prova costumam ser cortados paralelamente à direção longitudinal "Charpy key-hole" da chapa, com entalhe em posição perpendicular às duas faces da chapa. Os testes de impacto são, principalmente, um dado de comparação entre os diver- materiais, para serviço em baixa temperatura. Os testes com entalhe em "V" são mais representativos do que os com entalhe key-hole. 2.9 OCORRÊNCIA DE BAIXAS TEMPERATURAS Golpe Corpo de prova Nos equipamentos de processo, as baixas temperaturas podem ocorrer "Charpy V-notch" como condição normal de operação (serviços criogênicos e de baixa temperatu- ra) ou como condição eventual. A ocorrência de uma temperatura dentro da zona de transição do material pode ser perigosa, mesmo quando de curta duração e, por isso, todas as possibilidades devem ser investigadas. Existem duas causas Figura 2.11 Corpos de provas para testes de impacto. mais comuns de baixas temperaturas em condições transitórias eventuais: descompressão acidental de um gás que seja mantido liquefeito, sob pressão, em temperatura ambiente. A descompressão fará a tempera- A norma A-20 estabelece, para os diversos tipos de aços-carbono e aços- tura cair no local onde há a descompressão até a temperatura de liga, as temperaturas de ensaio e os valores mínimos exigidos para a energia de equilíbrio do líquido na pressão atmosférica, que pode ser um valor choque no teste com corpos de prova V notch; para cada material, esses valo- bastante baixo. É o caso, por exemplo, dos vasos de armazenagem res são variáveis, de acordo com o valor do limite de escoamento e com a de gases liquefeitos de petróleo, que podem atingir temperaturas de espessura, porque as peças mais espessas têm maior tendência à fratura frá- até -50 °C nos locais onde houver um escapamento de gás para o gil.* exterior, em de um vazamento ou de outra causa qual- Para os aços-carbono pode-se conseguir, para uma energia de 15 libras quer. Voltaremos a esse assunto no item 11.9; pé, no teste Charpy key-hole, uma temperatura de transição da ordem de -60 teste hidrostático nos equipamentos. É obrigatório proceder-se a um com todas as condições favoráveis, e da ordem de 20 com todas as teste hidrostático antes de qualquer equipamento entrar em opera- condições Observe-se que, para todos os dados numéricos rela- ção, consistindo este teste em encher-se equipamento de água e tivos a fraturas frágeis e temperaturas de transição, existe sempre uma grande aplicar-se uma pressão, que é geralmente de 1,5 vez a pressão de dispersão de valores, devido às diversas causas de influência, de forma que os projeto. Caso a água do teste esteja muito fria, a condição dados que se encontram na prática são quase todos valores médios estatísti- nea da baixa temperatura da água e da pressão elevada podem dar cos. Por esse motivo, não é possível usar diretamente em um projeto os valores origem a acidentes de fratura frágil. É claro que só se justifica tomar alguma providência quanto à seleção de materiais para evitar esse Observe-se que as antigas normas da ASTM, A-300 e A-593, já canceladas, exigiam um risco, quando houver probabilidade do uso de água muito fria para o valor constante de energia de choque de 15 libras pé, para todos os materiais, em qualquer teste e, mesmo assim, só no caso de equipamentos importantes. espessura. Esse valor de 15 libras pé derivou-se do estudo das fraturas dos "Liberty Para volumes de água moderados, é possível contornar-se o problema Ships", quando foi constatado que, dificilmente, a fratura se propagava em materiais que recomendando-se o aquecimento da água do teste, que deve ser, no absorviam uma energia superior a 15 libras pé, no teste Charpy, na temperatura de opera- mínimo, até 15 No vaso mostrado na figura 2.9, a fratura frágil ção, tendo, então, esse valor ficado como um mínimo exigido pelas normas. ocorreu durante teste hidrostático, estando a água de teste a 10 °C. 44 45</p><p>2.10 SERVIÇOS EM BAIXAS TEMPERATURAS TIPO DE EXEMPLOS DE EXEMPLOS DE Para os serviços em baixas temperaturas, os seguintes pontos devem DESCONTINUIDADE FORTES DESCONTINUIDADES ser considerados quanto aos materiais: DESCONTINUIDADE ATENUADAS mínimos de temperatura: devem ser estabelecidos os mínimos de tem- peratura (temperatura do metal) que possam ocorrer, levando-se em consideração todas as situações possíveis, como explicado no MUDANÇA DE item anterior; seleção de materiais: a seleção de materiais deve ser feita basicamen- ESPESSURA te em função do mínimo de temperatura, da espessura de cada peça e TRANSIÇÃO MUDANÇA BRUSCA DE ESPESSURA do nível de tensões no material. No capítulo 11 veremos um roteiro prático simplificado para esta seleção, com indicação de algumas ARESTAS CURVAS DE temperaturas limites de utilização prática. Deve-se prestar atenção para os casos de equipamentos projetados para operação em tempe- ratura elevada e que possam, eventualmente, estar submetidos à bai- MUDANÇA DE xa temperatura inclusive na situação de teste hidrostático por- FORMATO que muitos dos materiais adequados para altas temperaturas resis- tem mal à fratura frágil; testes de impacto: para todos os materiais sujeitos a baixas tempera- turas é usual a exigência de testes de impacto, realizados na tempera- ARESTAS tura mínima de projeto, para a verificação da tenacidade ao entalhe; detalhes de projeto e de fabricação: há uma série de detalhes e de ARREDONDADO cuidados de projeto e de fabricação que devem ser observados nos CANTOS equipamentos sujeitos à baixa temperatura, porque tendem a dimi- nuir muito risco de fraturas De um modo geral, deve-se evitar tanto quanto possível as descontinuidades geométricas causa- doras de concentrações de tensões e, quando forem inevitáveis, pro- curar atenuá-las ao máximo. Deve-se, também, procurar reduzir as tensões residuais. ANGULO VIVO ARREDONDAMENTO Na figura 2.12 estão mostrados vários tipos de descontinuidades geo- métricas e modo de No que se refere ao projeto, podemos chamar atenção para os seguintes pontos: evitar cargas concentradas, fazendo com que tenham sempre uma área SOLDAS REFORÇO INTEGRAL DE 30 de distribuição adequada; evitar transições bruscas de forma, adotando seções ANEL DE de concordância para obter transições de forma mais suave; evitar transições ABERTURAS bruscas de espessura, adotando um trecho de transição gradual; evitar arestas e cantos vivos; colocar reforços em aberturas, dando preferência aos reforços integrais, nos quais a transição é mais suave; evitar aberturas de forma não- PAREDE DE PRESSÃO SOLUÇÃO ACEITÁVEL SOLUÇÃO MELHOR circular e, principalmente, aberturas contendo ângulos vivos; evitar soldas em ângulo, adotando soldas de topo. Quanto à fabricação, podemos recomendar seguinte: evitar desalinha- LIGAÇÃO CORPO SOLDAS SOLDA DE mentos de soldas; evitar má conformação de qualquer peça; evitar soldas com FLANGE-CORPO CILINDRICO DE TOPO FLANGE penetração parcial e, de um modo geral, quaisquer defeitos de solda; reduzir ao ANGULO DE mínimo as tensões residuais de soldas e de trabalhos de deformação a frio. PESCOÇO Deve-se, também, evitar fazer ranhuras, marcas de punção, marcas de abertura de arco de solda bem como soldas provisórias sem os devidos cuidados. Figura 2.12 Descontinuidades geométricas e meios de atenuá-las 46 47</p><p>em geral, suficiente e satisfatória. No caso de equipamentos de maior risco ou TIPO DE EXEMPLOS DE EXEMPLOS DE DESCONTINUIDADES importância, pode ser recomendável a radiografia total das soldas ou a inspe- DESCONTINUIDADE FORTES DESCONTINUIDADE ATENUADAS ção por ultra-som. Note-se que uma garantia absoluta da inexistência de qualquer defeito é, entretanto, impossível, por mais rigorosa que seja a inspeção. Deve ser observado, também, que os defeitos planares - que são os mais graves -, SOLDAS DE dependendo de sua posição relativa, podem não ser detectados pela radiogra- TOPO DESALINHAMENTO fia. Além dos defeitos de matéria-prima e de fabricação, podem ainda ocorrer defeitos com equipamento em serviço, como da corrosão, ero- CHAPAS DE são, fluência etc. Segurança e custo: como as fraturas não são fenômenos de ocorrência certa, dentro das faixas usuais de baixas temperaturas, pode-se, em muitos casos, admitir correr risco. Dessa forma, as precauções contra as fraturas inclusive quanto à seleção de materiais, fica principalmente CARGAS um problema de segurança e de custo do equipamento. CONCENTRADAS Para os equipamentos nos quais uma possível fratura frágil pode consti- tuir um desastre com vítimas pessoais, ou, pelo menos, causar um prejuízo considerável, exige-se uma segurança total. Note-se que uma fratura frágil re- SUPORTES EM COLUNAS COLUNAS COM CHAPAS SUPORTE SEM REFORÇO DE REFORÇO DE CHAPA (SAIA) sulta quase sempre na perda completa do equipamento. SOLUÇÃO ACEITÁVEL SOLUÇÃO MELHOR Para os demais equipamentos, o custo das precauções deve ser confron- tado com o prejuízo global resultante da perda do equipamento, dentro da probabilidade de ocorrência que se possa admitir. Nos casos em que a baixa Figura 2.12 Descontinuidades geométricas e meios de atenuá-las (continuação). temperatura for apenas uma situação eventual (como acontece nos testes hidrostáticos), deve também ser considerada esta probabilidade. Por essa ra- Alívio de tensões: o tratamento térmico de alívio de tensões, executado zão, que se faz, na maioria dos casos, é adotar algumas precauções (melhorar no equipamento, depois de completamente pronto, é muito recomendável porque o projeto, melhorar a fazer alívio de tensões etc.), de forma a dimi- reduz o nível de tensões internas e melhora as condições metalúrgicas das zonas nuir a probabilidade de ocorrência de uma fratura frágil. Observe-se que a única afetadas pela solda, aumentando, com isso, a resistência à fratura frágil. Em alguns maneira garantida de se evitar qualquer risco é adotar um material que se man- casos, a simples execução do alívio de tensões permite que seja adotado um mate- tenha sempre dúctil, mesmo nos mínimos de temperatura, porque é impossível rial mais econômico, de menor resistência própria à fratura frágil. Existem, entre- garantir-se, de uma forma absoluta, que não exista nenhum defeito no material tanto, equipamentos onde, devido ao seu tamanho ou ao seu formato, este trata- ou nenhum ponto de forte concentração de tensões, ainda que sejam tomados mento térmico é muito difícil, ou mesmo impossível de ser feito. Como já observa- os cuidados possíveis. mos, a repetição do tratamento de alívio de tensões é prejudicial, porque provoca É importante notar que, embora os impactos sejam um fator altamente crescimento dos grãos do material. agravante da fratura frágil, não é indispensável que aconteça um impacto para o teste hidrostático contribui, também, para o alívio de tensões, porque que haja uma fratura, sendo mesmo a grande maioria dos acidentes ocorridos a pressão mais alta causa pequenas deformações plásticas nas regiões tensio- sem que tenha havido nenhum impacto. nadas próximas ao limite de escoamento, reduzindo, com isso, esses máximos de tensões internas. Inspeção de matéria-prima e de fabricação: como uma fratura frágil está freqüentemente associada a um defeito no material, quanto mais rigorosa for a inspeção, tanto mais segurança haverá contra a ocorrência de fraturas o tamanho dos defeitos detectáveis está diretamente ligado aos proce- dimentos de inspeção, tanto aos defeitos de matéria-prima como aos defeitos de solda. Para a maioria dos equipamentos, a inspeção com radiografia parcial (por amostragem) e com magnéticas ou com líquidos penetrantes é, & 48 49</p><p>3 Corrosão 3.1 GENERALIDADES SOBRE CORROSÃO Define-se corrosão* como sendo um conjunto de fenômenos de deterio- ração progressiva dos materiais, principalmente metálicos, em de reações químicas ou eletroquímicas entre material e meio ambiente. No caso dos equipamentos de processo, agente que geralmente causa proble- mas de corrosão mais graves e mais no material é próprio fluido contido no equipamento. Entretanto, a corrosão também pode ser provocada pela atmosfera externa, pelo contato com a água ou com O solo (equipamentos submersos ou enterrados), pelo contato entre metais diferentes ou pela ação simultânea de mais de uma dessas causas. A corrosão causa, a destruição completa do material no fim de um certo tempo e, como é um processo espontâneo, ocorre sempre, a não ser que sejam adotadas certas medidas preventivas, como veremos mais adiante. A corrosão é um problema muito sério em todas as indústrias, sendo responsável por enormes prejuízos decorrentes da necessidade constante de substituir equipamentos destruídos e também de superdimensionar numerosas peças para evitar a possibilidade de falhas em serviço. Aproximadamente 1/4 de todo aço no mundo destina-se, exclusivamente, a repor material destruído pela corrosão. Nos Estados Unidos, avaliou-se, em 1975, O custo global da corrosão em cerca de 70 bilhões de dólares, ou seja, 4,2% do produto nacional bruto daquele país, naquele ano. Desse montante, avaliou-se, também, que cerca de 10 bilhões de dólares poderiam ter sido economizados pelo uso de tecnologia conhecida de controle da corrosão. Outra estatística, na Grä-Bretanha, mostrou que a maior parte (55%) das falhas ocorridas em equipamentos da indústria química é devido à corrosão. Além das perdas diretas, a corrosão é também Omitimos, neste capítulo, maiores explicações sobre mecanismos de corrosão e outros assuntos teóricos relativos à corrosão, procurando dar ênfase aos aspectos práticos e aos meios de controle da corrosão. Na bibliografia, no final deste livro, estão citadas várias obras que poderão ser consultadas sobre aspectos teóricos da corrosão, e de meios de controle da corrosão.</p><p>responsável por numerosas perdas indiretas, tais como paradas não-programa- testes terem de ser feitos em um tempo curto, enquanto que a corrosão é das de equipamentos e de sistemas com os respectivos lucros cessantes um fenômeno de longa duração. Pode-se avaliar desempenho de perdas de produtos por vazamento e outras causas, perda de eficiência de materiais, principalmente para materiais novos ou modificados, pela colocação equipamentos devido a incrustações que causam aumento do atrito e redução de corpos de prova no interior de equipamentos em serviço. Esses corpos de da transferência de calor, contaminação de produtos por resíduos da corrosão prova permitem, também, avaliar as de modificações nas condi- etc. o custo global dessas perdas indiretas é muito de estimar, mas é ções de serviço de um equipamento, porque são comuns os casos de equipa- certamente igual ou maior do que das perdas diretas. mentos trabalhando em condições bastante diferentes daquelas para as quais Em muitos casos, a corrosão nada mais é do que a reversão natural dos foram projetados. metais para a forma de compostos mais estáveis, que são justamente os miné- Por todas essa razões, para decisões importantes em casos duvidosos, é rios de origem, isto é, os minerais existentes na natureza. Para se obter os recomendável a consulta a especialistas no assunto. metais, a partir dos minérios, adiciona-se energia, através dos processos meta- Dada a complexidade dos fenômenos e a extensão que seria necessária lúrgicos, enquanto que nas reações de corrosão essa energia é liberada, voltan- dar a um estudo mais aprofundado, faremos aqui apenas um resumo de alguns do metal à forma combinada, que é a forma estável na natureza. No caso do aspectos da corrosão que interessam diretamente à seleção e especificação ferro, por exemplo, a corrosão produz a ferrugem, que se compõe de óxidos e dos materiais para os equipamentos de processo. hidróxidos inteiramente análogos aos minérios de ferro. Todos os metais e ligas metálicas (inclusive os metais preciosos) estão sujeitos a alguma forma 3.2 CORROSÃO METÁLICA: ELETROQUÍMICA E QUÍMICA de corrosão, não existindo um único material que possa servir adequadamente Do ponto de vista a corrosão nos materiais metálicos a todos os casos possíveis de aplicação. pode assumir duas formas gerais bastante diferentes: a chamada corrosão Os fenômenos relacionados com a corrosão são muito complexos, en- eletroquímica e ataque químico, resultante da ação direta do agente agressi- volvendo sempre numerosos fatores, alguns dos quais difíceis de se caracteri- sobre o material. zar exatamente. Por esse motivo, as simples informações de catálogos e tabe- A corrosão eletroquímica, que pode se apresentar sob muitas formas, é las de fabricantes de materiais relativos ao comportamento desses materiais devido à ocorrência de reações que envolvem transporte de cargas elétricas em meios corrosivos, mesmo quando fidedignas, devem ser consideradas com através de um eletrólito, como será visto a seguir. As diversas formas de corro- a devida cautela, porque são, muitas vezes, extremamente simplificadas, não são eletroquímica ocorrem necessariamente em meios úmidos, com presença levando conta várias circunstâncias que podem modificar completamente de água ou de umidade, sendo de notar que, em muitos casos, alguns poucos comportamento dos materiais quanto à corrosão, como veremos nos itens a ppm de umidade já são suficientes para provocar a corrosão. Por esse motivo, seguir. não há corrosão eletroquímica em temperaturas acima do ponto de A melhor indicação da resistência à corrosão de um determinado material devendo ser observado, porém, que, em cada caso, a temperatura do ponto de é a experiência prévia que, no entanto, para ser inteiramente válida, deve refe- orvalho depende da pressão reinante, sendo tanto mais alta quanto mais alta rir-se a um serviço exatamente igual ao que se tenha, e não apenas semelhan- for essa pressão. Note-se que temperaturas abaixo do ponto de orvalho acon- te. Essa experiência anterior poderá ser, evidentemente, do próprio usuário do tecem não só nos equipamentos que trabalham em temperatura ambiente ou equipamento ou de outras fontes, existindo numerosa bibliografia compilando moderada, como também durante os períodos de parada de qualquer equipa- dados confiáveis de resultados de comportamento de quase todos os materiais mento. A corrosão eletroquímica é também denominada corrosão úmida. Na usuais em numerosos meios corrosivos. No final deste capítulo, encontra-se prática, a grande maioria dos casos de corrosão eletroquímica ocorre em tem- uma relação de algumas publicações dessa bibliografia. o problema pode apre- peratura ambiente, ou pouco acima. sentar-se grave quando não existirem dados de experiência anterior ou dados o ataque químico é devido a reações químicas diretas do material com confiáveis de experiência anterior seja devido ao emprego de um novo mate- meio corrosivo que não envolvem a transferência de cargas elétricas através de rial, ou de um material existente modificado, seja devido a novas condições de um eletrólito; tais são, por exemplo, a dissolução de alguns metais em meios processo (novo fluido, fluido modificado, processo novo etc.), ou seja, ainda, ácidos e a corrosão por gases em altas temperaturas. Para os equipamentos de devido à modificações em condições de operação. Nesses casos, pode-se re- processo, os agentes mais comuns do ataque químico são os gases em altas correr a experiências de laboratório, ou melhor, quando tempo e custo temperaturas, que provocam diversas reações, como oxidação, carbonetação, permitirem a experiências semi-reais em unidades de bancada ou em unidade sulfetação etc., que será novamente referido no item 3.8 e no capítulo 11. piloto. Os resultados de experiências de laboratório podem, em muitos casos, A corrosão eletroquímica, em suas diversas formas, é, de longe, mais fugir bastante da realidade, devido aos numerosos fatores de influência, diff- frequente e causadora de maior prejuízo e, por isso, mais importante na prática ceis de se reproduzir em uma experiência e, sobretudo, devido ao fato desses do que a corrosão 52 53</p><p>3.3 CAUSAS DA CORROSÃO ELETROQUÍMICA PASSIVAÇÃO defeitos ou falhas em revestimentos protetores ou na camada passi- vadora; A corrosão eletroquímica, que pode se apresentar sob diversas formas, é diferença de concentração do fluido corrosivo (pilha de concentração sempre-causada por reações eletroquímicas. Para que essas reações se proces- diferencial), ou diferença de natureza, de aeração, de velocida- sem, é necessário que haja um circuito elétrico completo, que em um sistema de, de pH, ou de temperatura do fluido em contato com dois pontos de corrosão é constituído de quatro componentes, que formam a denominada diferentes da mesma peça metálica. "pilha de corrosão": anodo, catodo, eletrólito, circuito metálico. o anodo e As seis primeiras causas acima citada dão origem às chamadas "pilhas catodo são dois elementos metálicos (duas peças metálicas diferentes ou duas de ação local", e as duas seguintes dão origem às "pilhas ativo-passivo". regiões da mesma peça), entre os quais exista uma diferença de potencial. A causa mais comum de diferenças de potencial são as irregularidades eletrólito pode ser qualquer meio condutor de corrente elétrica, tal como água microscópicas no material Essas irregularidade são as diferenças que (exceto água destilada de alta pureza), umidade, soluções aquosas em geral sempre existem entre os grãos de que são constituídos todos esses materiais. (ácidas, alcalinas ou salinas), atmosfera úmida ou poluída, solo úmido etc. É Nesse caso, as "pilhas de corrosão" serão formadas por grãos vizinhos entre necessário que eletrólito esteja em contato simultâneo com O anodo e O os quais existam diferenças de natureza, de estrutura cristalina, de composição catodo. circuito metálico é uma cadeia metálica ligando O anodo ao química, de tamanho, de orientação etc., bem como a existência de inclusões, catodo, de forma a possibilitar retorno da corrente elétrica, e que, na maioria segregações, bolhas e Por esse motivo, essas pilhas de corrosão, de- das vezes, é a própria peça metálica. nominadas pilhas de ação local, ocorrem em quase todos os materiais metáli- Existindo esses quatro componentes assim definidos, haverá apareci- As pilhas mais fortes são as que se dão entre grãos de natureza diferente mento de uma corrente elétrica entre anodo e O catodo, que provocará um (fases diferentes): aço-carbono, por exemplo, é constituído basicamente por desgaste de material no anodo, que será o elemento corroído, enquanto que grãos de ferrita e de cementita (carboneto de ferro), onde os primeiros serão os catodo será o elemento protegido. anodos e os últimos os catodos dessas pilhas microscópicas, espalhadas por Dependendo da forma de corrosão (como veremos a seguir), anodo e toda a superfície da peça em contato com meio corrosivo. catodo poderão ser peças de metais diferentes em contato, ou poderão ser Po esse motivo, os metais puros e as ligas monofásicas (soluções sóli- dois pontos da mesma peça metálica, próximos entre si ou distantes entre si. das) são mais resistentes à corrosão, porque neles não existem grãos de natu- É importante observar que, caso não haja contato elétrico entre catodo reza diferente. Note-se, entretanto, que alguma irregularidade entre grãos sem- e anodo, ou não haja presença ou contato com um eletrólito, não haverá pre haverá em peças metálicas reais, qualquer que seja O material, porque é corrosão. impossível obter uma homogeneidade completa no material. Existem, sempre, Os metais e ligas metálicas quando em contato com qualquer eletrólito, também, diferenças de potencial entre interior e contorno dos grãos, devi- ionizam-se superficialmente, gerando, assim, uma diferença de potencial entre do à diferenças na composição química e ao desarranjo de átomos na periferia o material metálico e eletrólito. Havendo qualquer diferença, ou falta de dos grãos, que ficam, assim, em geral, anódicos em relação ao seu interior. homogeneidade, seja no material ou seja no eletrólito, potencial de ionização As demais causas de diferença de potencial, acima listadas, são auto- será diferente entre dois elementos metálicos, que serão, assim, O anodo e explicativas. Dessas todas, as mais fortes diferenças de potencial são as cau- catodo de uma pilha de corrosão. sadas pelo contato mútuo de materiais metálicos diferentes, principalmente A diferença de potencial entre O anodo e catodo pode originar-se em quando afastados entre si na chamada "série galvânica", como será referido no de numerosas causas, entre as quais podemos citar: item 3.7. irregularidades microscópicas, ou não, na superfície do material me- Em resumo, pode-se dizer que qualquer falta de homogeneidade, no ma- tálico em contato com O eletrólito; terial ou no meio ambiente em contato com material, pode dar origem a diferença de estado de tensões (uma região mais tensionada do que diferenças de potencial, que resultarão em pilhas de corrosão e, portanto, em outra) na peça metálica; reações Observe-se que, na prática, temos freqüentemente a diferença de tratamento térmico de uma região para outra; ação simultânea de mais de uma dessas causas de diferenças de potencial. diferença de trabalho de deformação a frio (uma região mais deforma- A destruição das áreas anódicas será tanto mais rápida quanto maior for da do que a outra); a intensidade da corrente elétrica. Como nos circuitos de corrosão, as corren- diferença de acabamento superficial (polimento, por exemplo); tes elétricas são quase sempre muito fracas, porque as diferenças de potencial diferença de temperatura, de umidade, de aeração ou de iluminação entre O anodo e catodo são geralmente muito pequenas. A corrosão eletro- entre duas regiões da peça metálica; química costuma ser um fenômeno lento e progressivo, cujos efeitos só são metais diferentes ou ligas metálicas diferentes em contato mútuo; observáveis ao fim de um certo tempo, às vezes bastante longo. 55 54</p><p>Em muitos casos, a corrosão apenas se inicia, sendo estancada esponta- uniforme neamente pelos próprios resíduos da corrosão; esse fenômeno, denominado de por pites "passivação", e que é de grande importância prática, ocorre quando os galvânica os da corrosão formam uma película forte, contínua, impermeável e aderente Formas de corrosão seletiva sobre a superfície do material, isolando-o do contato com ambiente corrosi- macroscópica em frestas vo, interrompendo, dessa forma, a pilha de corrosão e impedindo o seu prosse- corrosão-erosão guimento. A resistência à exposição ao tempo que apresentam os aços inoxi- bacteriana localizada dáveis, o alumínio, o cromo, o níquel, o titânio e vários outros materiais metáli- cos deve-se justamente à formação de uma película fina, aderente e sob tensão vel, de óxidos, que isola metal do contato com a atmosfera. Note-se que microscópica intergranular qualquer processo corrosivo gera resíduos, conseqüentes de ataque às áreas incisiva anódicas, mas nem sempre esses resíduos são capazes de formar a película passivante protetora. No caso do ferro e dos aços, raramente existe a formação A figura 3.1 mostra esquematicamente essas diversas formas de de uma película protetora, porque a ferrugem (óxidos de ferro) é, em geral, altamente porosa, não evitando o contato do material com o meio corrosivo e, Meio corrosivo portanto, o progresso da corrosão. Embora a formação de óxidos seja o tipo mais comum de passivação, esse fenômeno também pode ser devido à forma- ção de películas de outros compostos. É importante observar que, para um metal ser passivado, é indispensável a presença do ambiente corrosivo capaz de gerar os produtos de corrosão passivantes, sem o qual a passivação não se dará. Observe-se, também, que a Peça não-corroída Corrosão uniforme Corrosão por pites passividade é uma imunidade relativa, isto é, um material que é passivável em um determinado meio poderá ser violentamente corroído em outro meio. Em Metal presença do meio passivante, a camada passivadora regenera-se espontanea- Metal Jato de fluido Cavidade confinada anódico catódico corrosivo mente caso seja rompida em algum ponto, por qualquer motivo. Em reação a um determinado meio corrosivo, os materiais metálicos po- dem ter, portanto, três tipos de comportamento: ativo: o material reage com o meio, havendo um processo corrosivo; passivo: o material reage e, em seguida, se passiva, estancando a Corrosão galvânica Corrosão em frestas Corrosão-erosão corrosão; imune: o material é inerte em relação ao meio. A possibilidade, ou não, de um material ser passivado depende do po- Estrutura Trincas ramificadas Grãos tencial de eletrodo do material e do eletrólito (meio corrosivo) e do pH do esponjosa microscópicas destacados eletrólito. Existem gráficos (diagramas de Pourbaix), dando para cada material Tensão as regiões de atividade (corrosão), passividade e Esses gráficos não indicam, entretanto, a velocidade da reação de corrosão, que limita muito a sua utilidade de emprego na prática. Corrosão seletiva Corrosão sob tensão Corrosão intergranular 3.4 FORMAS DE CORROSÃO ELETROQUÍMICA Figura 3.1 Formas de corrosão. A corrosão eletroquímica pode apresentar-se sob uma grande variedade de formas, que se caracterizam principalmente pela aparência da superfície corroída. Existem, ainda, outras formas de corrosão, bem como variantes ou sinôni- mos das formas acima Essas formas de corrosão podem ser classificadas como indicado a Deve ser observado que, na prática, são comuns os casos de mais de Na corrosão uniforme, a perda de espessura é aproximadamente cons- uma dessas formas de corrosão simultaneamente na mesma peça metálica. tante, o que não acontece nas várias formas de corrosão localizada. Enquanto que a corrosão uniforme é, quase sempre nos casos da prática um fenôme- 56 57</p><p>no lento, a corrosão localizada, dependendo do caso, poderá ser lenta ou até muito Como próprio nome indica, nas formas localizadas macroscópicas os danos no material são imediatamente visíveis a olho nu, enquanto que nas formas microscópicas pode haver um dano considerável antes que efeito seja visível, sendo, por isso, essas formas as mais perigosas, inclusive pelo fato de serem geralmente de ação mais rápida. Vamos ver, a seguir, as várias formas de corrosão, pela cor- rosão uniforme, corrosão por pites e corrosão sob tensão, que são as mais importantes para os equipamentos de processo. 3.5 CORROSÃO UNIFORME E CORROSÃO POR PITES a) Corrosão Uniforme A corrosão uniforme, ou generalizada, é uma forma de corrosão que se manifesta aproximadamente por igual em toda a superfície da peça em contato com o meio corrosivo, causando uma redução mais ou menos constante de espessura. Embora seja o tipo mais comum de corrosão e, portanto, o que Figura 3.2 Corrosão por pites por cloretos em um eixo de aço inoxidável tipo 304 causa maior perda global de material, não é, em geral, perigoso porque pode ser (cortesia do Arsenal de Marinha do Rio de Janeiro). facilmente medido, controlado e previsto. Na corrosão uniforme, as diferen- de potencial são causadas pelas irregularidades microscópicas na estrutura metalúrgica do material e teremos, assim, milhões de anodos e catodos espa- A causa geral da corrosão por pites é a existência, por qualquer razão, de por toda a superfície do metal em contato com meio eletrolítico (pi- pequenas áreas no material, altamente anódicas em relação às áreas catódicas de ação local), que explica a perda uniforme de material. A ferrugem em adjacentes, formando as chamadas "pilhas passivo-ativo"; entre os motivos peças de ferro ou de aço assume normalmente a forma de corrosão uniforme, que causam esse fenômeno, podemos citar: sendo essa forma de corrosão a mais em materiais não passiváveis. danificação, destruição ou não-regeneração, em alguns pontos da ca- mada passivadora. Esse fato pode acontecer por danos mecânicos b) Corrosão por Pites (pitting) nos casos em que não houver condição para a regeneração da cama- da passivadora ou por penetração de halogêneos (principalmen- Essa forma de corrosão consiste na formação de cavidades de pequeno te cloretos e hipocloritos) em alguns pontos da camada passivadora. diâmetro e maior profundidade na peça metálica, que podem chegar a perfurar Em qualquer caso, resultam pequenas regiões altamente anódicas em toda a espessura da peça, com pouca ou nenhum perda de espessura do mate- relação ao material vizinho passivado e catódico. Os hipocloritos e os rial, sendo, por isso, muito destrutiva e perigosa. Além disso, devido à distri- cloretos oxidantes (férrico, cúprico etc.) são particularmente agressi- buição irregular do ataque corrosivo, é muito estimar-se tempo de vida vos, sendo poucos os materiais metálicos que resistem à corrosão do material. Existe sempre um tempo de incubação, mais ou menos longo, nessas condições; antes dos pites se formarem (figura 3.2). Quase sempre as cavidades progri- defeitos locais no material* (inclusões, fases secundárias, regiões de dem no sentido da ação da gravidade, e a velocidade de penetração é, em geral, composição heterogênea etc.), superficiais ou na camada passivadora, crescente. A corrosão por pites é característica embora não exclusiva dos dando origem a regiões restritas com menor resistência à corrosão; materiais passiváveis, isto é, dos materiais que apresentam, devido à passivação, grande resistência à corrosão uniforme; pode, entretanto, acontecer também em materiais não-passiváveis, como é o caso do Uma causa importante de defeitos superficiais, que resultam em corrosão por pites em aços inoxidáveis e em metais não-ferrosos, é a contaminação da superfície do material por Existem técnicas de inspeção (medição por ultra-som, por exemplo) que permitem a medi- de ferro ou de aço, em de trabalhos de deformação com material. ção da espessura mesmo com equipamento em serviço, possibilitando, assim, acompa- Por isso, as ferramentas empregadas para trabalhos com esses materiais (rolos de da perda de espessura por corrosão, a estimativa da vida útil remanescente, a calandras, estampos de prensas, rebolos de esmeril etc.) devem ser exclusivas para esse verificação da eficácia de técnicas de controle da corrosão, bem como de eventuais au- serviço, ou devem ser, antes, severamente raspadas e escovadas para a remoção de mentos da corrosão. quaisquer de ferro ou de aço. 58 59</p><p>quaisquer defeitos ou descontinuidades (falhas, trincas, bolhas, arranhões mos notar no item 2.6, a propósito da fragilidade a frio, é possível a existência de etc.) em revestimentos anti-corrosivos, permitindo a penetração do meio tensões localizadas de valor acima do limite de escoamento, mesmo em peças corrosivo e seu contato com metal em pequenas áreas; corretamente dimensionadas, devido às tensões residuais. De qualquer forma, as produtos da corrosão uniforme. formando sobre material uma ca- tensões podem ser incapazes de produzir danos ao material quando na ausência do mada descontínua ou irregular (crostas). Nesses casos, as regiões meio corrosivo; reciprocamente, o meio corrosivo pode ser inofensivo ao material cobertas pelos resíduos de corrosão são as áreas catódicas, pela que não estiver tensionado. Para essa forma de corrosão, é necessário a presença formação de pilhas de aeração diferencial. simultânea de três fatores: Em qualquer caso, as áreas passivas em volta do pite funcionam como tensão de tração elevada; catodo, agravando a corrosão na pequena área anódica do próprio pite. meio corrosivo; Nos aços inoxidáveis, a corrosão por pites é agravada com aumento da material metálico temperatura e em meios corrosivos parados ou em velocidade muito baixa e, Essa forma de corrosão é agravada pelos seguintes fatores: também, em regiões de pouca oxigenação (como é caso das pequenas áreas altos valores do limite de escoamento e da dureza do material; por baixo de porcas, arruleas e cabeças de parafuso), onde a camada passiva- nível de tensões de tração; dora de óxidos forma-se de maneira descontínua ou não se regenera. concentração e temperatura do meio corrosivo. o estado de acabamento da superfície é muito importante para essa forma de corrosão, sendo a resistência tanto maior quanto melhor for acaba- Direção das Tensões mento superficial, recomendando-se assim, polimento da superfície como meio auxiliar de combate a essa forma de corrosão. Entretanto, se, nesse caso, ocorrer a corrosão, os pites serão em pequena quantidade e com crescimento mais rápido. A corrosão alveolar é uma variante da corrosão por pites, em que as cavidades são de maior diâmetro e menor profundidade. 3.6 CORROSÃO SOB TENSÃO Chama-se de corrosão sob tensão (stress-corrosion) uma forma de são que é provocada pela existência de tensões de tração de certo valor em algumas regiões da peça metálica. A corrosão sob tensão manifesta-se pelo aparecimento de trincas perpendiculares à direção das tensões, podendo as trincas ser intergranulares ou transgranulares, ramificadas ou não; em cies esféricas, as trincas aparecem em várias direções. Essas trincas, uma vez iniciadas, vão aumentando e se propagando até causarem a ruptura da peça. Direção das Tensões Em geral, não há perda de espessura ou qualquer outro dano no material adja- cente às trincas. Não há, também, perda de peso na peça metálica, e a peça rompida poderá não apresentar nenhuma deformação plástica. o tempo neces- Figura 3.3 Fotografia ampliada de trincas de corrosão sob tensão em um aço inoxidá- sário para início de uma trinca (tempo de incubação) pode levar de alguns vel austenítico (ataque de solução de cloretos) (cortesia de Sandvik do Brasil S.A.). minutos a anos, e as trincas são, a princípio, microscópicas, mas, uma vez iniciadas, progresso é em geral muito rápido, podendo a ruptura da peça sobrevir A figura 3.3 mostra uma fotografia ampliada de trin- o aumento de qualquer um desses fatores pode causar ou apressar a cas por corrosão sob tensão. corrosão sob tensão, mesmo em situação pouco severa dos outros fatores. Para que as trincas se iniciem, deve-se ter em, pelo menos, um ponto Pelo fato de o limite de escoamento e o nível de tensões serem agravantes, a da peça em contato com o meio corrosivo a soma total das tensões de tração incidência da corrosão sob tensão tem aumentado muito ultimamente, como acima de um certo limite, devendo-se considerar não só as tensões devidas a do aparecimento dos aços de alta resistência e dos novos códi- cargas externas, como também as tensões residuais internas conseqüentes de gos de projeto, que permitem tensões de projeto mais elevadas. o progresso soldagem, de trabalhos de deformação a frio e de dilatações desiguais ou tecnológico tende, assim, a agravar as condições que levam à corrosão sob contidas. o limite crítico de tensões de tração é sempre relativamente alto, tensão, exigindo, por isso, cada vez maior cautela contra essa forma de corro- sendo para muitos materiais da ordem do limite de escoamento. Como já fize- Com as tensões internas residuais (decorrentes de soldagem, 60 61</p><p>deformações a frio, dilatações contidas etc.) são mais perigosas do que as tensões Historicamente, essa forma de corrosão foi observada, pela primeira vez, em externas aplicadas, porque seu valor não costuma ser avaliado em todos os caldeiras rebitadas, onde era feito tratamento da água de alimentação com solu- projetos. Quanto à concentração do fluido, deve ser observado que, mesmo para ção de soda cáustica; em algumas regiões mais tensionadas e onde a concentração concentrações médias em níveis baixos e não-perigosos, podem-se ter altas con- da soda remanescente atingisse a níveis mais altos, manifestavam-se as trincas centrações em regiões localizadas, principalmente na superfície livre ou em cavida- que, com acabavam causando a explosão da caldeira. Ultimamente, des ou outros pontos onde fluido ficar estagnado, ou sujeito a um aumento de progresso tecnológico tem multiplicado as causas de corrosão sob tensão, princi- concentração por ciclos de evaporação. palmente pelo maior emprego de aços e outras ligas de alta resistência, que são o estado de acabamento da superfície tem, em muitos casos, uma decisiva mais influência no tempo de início das trincas, que será tanto maior quanto melhor for o A corrosão sob tensão é bastante perigosa porque, além das trincas se acabamento. iniciarem de forma invisível, não existe nenhum meio de impedir o aumento ou A corrosão sob tensão é um fenômeno típico de alguns materiais metáli- a propagação das trincas, depois de iniciadas, em equipamentos em serviço. quando em contato com determinados meios corrosivos. Portanto, a única maneira garantida de evitar a ruptura final de peça é conse- o mecanismo da corrosão sob tensão ainda não é inteiramente conheci- que as trincas não se iniciem. Para isso, em casos graves de corrosão sob do, e parece não ser mesmo em todos os casos. tensão, só há recurso de evitar emprego de certos materiais em meios que Damos, a seguir, na tabela 3.1, como exemplo, algumas combinações possam dar origem a esta forma de Em casos menos graves ou em conhecidas mais importantes de material metálico-meio corrosivo capazes de equipamentos de menor responsabilidade, pode ser econômico uso de mate- riais sujeitos à corrosão sob tensão, mas é, então, indispensável um cuidadoso provocar trincas por corrosão sob tensão. "Corrosion Data Survey", de G. A. tratamento térmico de alívio de tensões no equipamento, depois de inteiramen- Nelson, publicado pela NACE (National Association of Corrosion Engineers), te pronto, isto é, depois de completados todos os trabalhos de conformação e relaciona mais de 200 combinações de material metálico-meio corrosivo que de solda. o tratamento de alívio de tensões consiste em se aquecer a peça podem resultar em corrosão sob tensão e, continuamente, outras combinações metálica até uma temperatura em que o limite de escoamento do material nessa estão sendo descobertas. Admite-se que somente os metais quimicamente temperatura esteja abaixo do nível de tensões internas, mantendo-se a peça puros são imunes à corrosão sob assim aquecida durante algum tempo. Dessa forma, as tensões internas aliviam- se e redistribuem-se porque causam pequenas deformações permanentes na TABELA 3.1 peça metálica. Materiais Meios corrosivos Condições o martelamento de toda superfície do material exposta ao meio corrosivo é um outro recurso auxiliar que pode ser usado com efeito semelhante ao alívio Soda cáustica. Concentrações e temperaturas de o martelamento resulta em produzir tensões de compressão, da dentro da região da figura 4.4. ordem do limite de escoamento, em uma camada superficial do material, com cerca de 0,5 mm de espessura. Como as trincas de corrosão sob tensão não se Aço-carbono e Nitratos. aços-liga ferríticos iniciam e não se propagam onde há compressão, o martelamento pode constituir Amônia Tensões elevadas, temperaturas uma defesa eficiente, porque mesmo quando o equipamento é pressurizado em superiores a serviço ainda permanece, na superfície, algum nível de tensões de compressão. Em qualquer caso, é importante assinalar que nenhum equipamento deve Meio úmido Dureza do aço ser projetado e construído, admitindo-se a possível ocorrência de corrosão elevada. sob tensão, ou, em outras palavras, não se pode conviver com a corrosão sob HCI, cloretos, hipocloritos, Meio úmido, temperaturas tensão, contrariamente ao que acontece com outras formas menos graves de clorofórmio, água salgada acima de 50 Aços inoxidáveis cloro em geral). austeníticos Ácidos Meio úmido Aços sensitizados. 3.7 OUTRAS FORMAS DE CORROSÃO Soda cáustica. Temperaturas acima de 120 a) Corrosão Galvânica* Aminas, amônia, soluções Meio úmido com oxigênio. Cobre, latões, É a corrosão característica que se dá quando dois metais ou duas ligas bronze metálicas diferentes estão em contato mútuo em um meio eletrolítico, forman- Mercúrio e seus sais. do uma pilha ativa-passiva, e na qual o material menos nobre (anodo) é corroí- HCI, cloretos, hipocloritos Meio úmido. Alumínio cloro em geral). o nome "corrosão galvânica", embora de uso consagrado, não é um nome apropriado porque, estritamente falando, todas as formas de corrosão eletroquímica resultam de ações Mercúrio e seus galvânicas. 62 63</p><p>do. A corrosão galvânica é tanto mais intensa quanto mais distanciados entre si TABELA 3.2 estiverem os dois materiais na série de potencial elétrico ou quanto melhor con- Série Galvânica para Água do Mar (Resumo) dutor de eletricidade for o meio eletrolítico. A tabela relaciona alguns metais e ligas metálicas, ordenados de acordo com os respectivos potenciais elétricos Extremidade anódica (corroída) (série galvânica). A ordem relativa dos materiais pode variar um pouco, de acordo Magnésio com o meio eletrolítico considerado; a lista mostrada na tabela 3.2 é a ordem Zinco para a água do mar. Note-se que alguns metais e ligas aparecem em duas posi- Alumínio (ativo) ções denominadas de "passivo" e "ativo"; o passivo é o metal passivado. De um Ligas de alumínio modo geral, a resistência à corrosão de um material é tanto maior quanto mais Aço-carbono próximo ele estiver da extremidade catódica da série galvânica. Aço-carbono com cobre Ferro fundido Em princípio, não se devem colocar em contato materiais com grande Aços-liga Cr e Cr-Mo diferença de potencial, principalmente quando meio ambiente for bom condu- Aços inoxidáveis 12 Cr tor de eletricidade, como água salgada, por exemplo. Aços inoxidáveis 17 Cr ativos A intensidade da corrosão galvânica depende também da relação de áreas Aços inoxidáveis 27 Cr entre metal anódico e metal catódico. Para o mesmo par de materiais, a Aços-liga Ni corrosão é mais intensa quando a área anódica for muito menor, porque haverá, Aços inoxidáveis 18 Cr-8 Ni nesse caso, a corrosão localizada em uma pequena área. ativos Aços inoxidáveis 25 Cr-20Ni Para os casos em que for inevitável o uso de materiais distanciados Chumbo entre si na série galvânica, pode-se controlar a corrosão evitando-se contato Estanho direto entre os materiais, o que pode ser obtido pela colocação de uma junta, Níquel arruela ou outro elemento de um material dielétrico (borracha, plásticos etc.) Ligas de níquel ativos entre as peças metálicas. Latões Entre dois materiais com pequena diferença de potencial, a corrosão Cobre galvânica é, em geral, insignificante. Bronzes A corrosão galvânica pode, também, ser controlada pela colocação de passivos anodos de sacrifício, presos ao metal anódico e próximos ao local de contato Metal Monel dos dois materiais. Os anodos de sacrifício são constituídos por elementos de Níquel metais altamente anódicos (Mg, Zn, Al)* e que, por isso, são corroídos prefe- Ligas de níquel rencialmente, protegendo o equipamento. Apesar de ser um recurso eficiente, Aços inoxidáveis 12 Cr quando bem feito, é dispendioso e obriga a um constante cuidado de inspeção Aços inoxidáveis 17 Cr passivos e de troca de anodos de sacrifício. Aços inoxidáveis 18 Cr-8Ni Aços inoxidáveis 27 Cr Aços inoxidáveis 25 Cr-20Ni Prata Titânio Grafite Ouro Platina Extremidade catódica (protegida) b) Corrosão Seletiva É um nome genérico para designar algumas formas de corrosão preferen- Note-se que alumínio nem sempre é anódico, porque passiva-se, tornando-se catódico. cial, nas quais apenas um dos elementos de uma liga metálica é corroído. Essa Por isso, devem ser usadas ligas de que não passivam. forma de corrosão ocorre em algumas ligas nas quais existe uma grande dife- 64 65</p><p>rença de potencial entre dois elementos constituintes da liga. o resultado da corro- profundidade, a peça pode se romper ou podem se destacar pedaços do material são é uma estrutura esponjosa, praticamente sem nenhuma resistência mecânica, (ruptura intercristalina) pela ação de esforços mecânicos, mesmo muito baixos, não havendo, entretanto, modificações nas dimensões externas da peça. Esse tipo porque os grãos vão se destacando à medida que a corrosão prossegue. A corro- de corrosão é observado, por exemplo, nos latões com mais de 20% de Zn, em são intergranular acontece, principalmente, nos aços inoxidáveis, em alguns meios contato com a água salgada e com ácidos, nos quais zinco é atacado corrosivos (como veremos no capítulo 6), quando a periferia dos grãos fica com (dezincificação). Do mesmo tipo é a "corrosão grafítica", que ocorre nos ferros menor quantidade de cromo livre do que interior dos grãos, tornando-se, assim, fundidos cinzentos em contato com meios ácidos e água salgada. Na corrosão grafítica, ferro é atacado e o material fica reduzido a uma estrutura composta de regiões anódicas, onde vão se formar as trincas. Fenômeno semelhante pode ocor- rer também com algumas ligas de alumínio com magnésio. A figura 3.4 mostra carbono livre e carbonetos. uma microfotografia de uma peça de aço inoxidável com trincas por corrosão c) Corrosão em Frestas (crevice corrosion) É um tipo de corrosão localizada que acontece quando pequenas quantida- des de um líquido corrosivo ficam retidas ou estagnadas em frestas, cavidades ou quaisquer espaços confinados, em geral. Nesses espaços confinados, fluxo do líquido corrosivo é ou mesmo nulo, e O suprimento de oxigênio fica, assim, diminuído, possibilitando a corrosão por pilha de aeração diferencial, ou por pilha de concentração ionica diferencial. No interior da fresta, ocorrem reações eletroquímicas que modificam a composição do eletrólito, tornando-o mais ácido. A diminuição do pH permite a ruptura da camada passivadora dos aços inoxidáveis, resultando em intensa corrosão localizada. Essa forma de corrosão está associada à corrosão por pites, porque nos pontos onde a passivação é deficiente surge um pite que, 20 30 40 50 0 por sua vez, passa a ser uma cavidade onde uma pequena porção de líquido pode ficar retida. São exemplos de cavidades confinadas: frestas entre juntas e superfícies, folgas entre uma peça e um parafuso, porca, arruela ou rebite, frestas entre chapas superpostas, frestas entre espelho e tubos de troca de calor, cavidades resultantes de irregularidades ou mordeduras de soldas, frestas entre duas peças soldadas por solda cavidades ou folgas por baixo de cama- das de tinta de ferrugem ou de qualquer revestimento protetor, depósitos de detritos etc. Essas regiões confinadas tornam-se áreas anódicas (onde haverá corrosão), formando pilhas de corrosão com as áreas passivadas e catódicas adjacentes. Para provocar a corrosão, a cavidade deve ser suficientemente lar- Figura 3.4 Microfotografia de trincas de corrosão intergranular em aço inoxidável ga para permitir a entrada do líquido, mas também suficientemente estreita sensitizado escala em (Os pontos escuros são carbonetos precipitados para mantê-lo parado; por isso, cavidades com abertura superior a 3 mm, em observem-se os grãos de material destacado.) geral, não oferecem risco. A corrosão é, principalmente grave, para cavidades em forma de fresta, sendo ataque tanto mais intenso quanto menor for a abertura da fresta e quanto maior for a sua profundidade. A corrosão em frestas é, também, chamada de corrosão sob contato, de e) Corrosão Incisiva corrosão "por célula de concentração" e de "corrosão intersticial". Essa forma de corrosão, também chamada de "corrosão de fio de faca" d) Corrosão Intergranular (knife-edge corrosion), é uma variante da corrosão que pode ocor- rer nos aços inoxidáveis austeníticos estabilizados, apresentando-se, apenas, Nesse tipo de corrosão, formam-se trincas microscópicas ao longo do em uma faixa muito estreita ao longo das soldas, de onde nome de "fio de contorno dos grãos da estrutura metalúrgica do material, não havendo pratica- faca". É, também, causada pela diminuição de cromo livre. Voltaremos a esse mente alteração nas dimensões da peça. Quando as trincas atingem uma certa assunto no capítulo 6. 66 67</p><p>um desgaste por igual de toda a superfície exposta e é ativada pelo aumento de f) temperatura, sendo, em geral, pouco importante para temperaturas inferiores a Alguns fluidos quando estão em repouso ou em velocidade abaixo de um certo valor-limite não provocam corrosão no material em contato. Entretan- Quase todos os metais e ligas metálicas usuais estão sujeitos à oxida- to, quando esses mesmos fluidos estão em velocidade acima de um valor- ção em temperatura elevada, sendo, entretanto, muito variável a temperatura limite ou em movimento turbilhonar intenso, aparece essa forma especial de acima da qual a oxidação é intensa, como será visto em detalhe nos capítulos 4 corrosão denominada de "corrosão-erosão", devido à desagregação do filme a 8. Em temperatura ambiente e moderada, a película de óxidos é muito fina e, passivador ou de outro revestimento protetor. A intensidade do ataque da às vezes, invisível e protetora. Com o aquecimento, essa película vai aumen- corrosão-erosão é, em geral, proporcional ao cubo da velocidade do fluido, tando de espessura (devido ao maior volume dos óxidos, em relação ao metal), agravada quando existem sólidas em suspensão. o efeito, em geral, até formar escamas e crostas que se destacam, por diferença de coeficiente de é máximo para ângulos de incidência entre 20 e 30°. A corrosão-erosão causa dilatação, expondo metal novo e tornando, assim, impossível o emprego do sulcos no material na direção de incidência do fluido corrosivo. Esse tipo de metal acima de uma certa temperatura. Essa temperatura limite chama-se "tem- corrosão acontece nas peças em movimento rápido, em pontos de estrangula- peratura de formação de carepa" (scaling temperature). mento de seção e em curvas e joelhos de tubulação. A sulfetação provocada por atmosferas sulfurosas consiste na formação Note-se que para a corrosão-erosão o que importa é a velocidade relativa de sulfetos na superfície metálica. É, em geral, bem mais agressiva do que a do fluido em relação à peça metálica, isto é, podemos ter fluido em movimen- oxidação, porque o filme de sulfetos é menos aderente e pode, eventualmente, to e a peça parada, ou vice-versa. fundir-se em temperaturas elevadas. A corrosão por turbulência (impigement corrosion) e a corrosão sob atri- A carbonetação é causada por atmosferas contendo CO ou e pode to (fretting corrosion) são variantes da corrosão-erosão. resultar em fragilização dos aços, devido à formação e precipitação de carbonetos metálicos. g) Corrosão Bacteriológica o hidrogênio, puro ou em mistura com outros gases, pode também cau- sar uma série de graves danos em muitos metais. Também denominada de biocorrosão, são formas de corrosão devido à Todos esses problemas serão novamente referidos nos capítulos 4, 5, 6 ação de microorganismos (bactérias, fungos, algas etc.), que podem atacar os e 11. materiais metálicos de várias maneiras, entre as quais: produzindo ácidos minerais H2S etc.) ou ácidos orgânicos 3.9 FATORES QUE INFLUENCIAM A CORROSÃO (acético, fórmico etc.); destruindo a camada passivadora ou revestimentos protetores; Existem diversos fatores que influenciam a corrosão e que devem sempre despolarizando áreas catódicas pelo consumo de hidrogênio. ser levados em conta quando se consideram esses o comportamen- o resultado desse ataque é uma corrosão localizada, às vezes do tipo de to de um certo material metálico, em um determinado meio corrosivo, pode variar corrosão por pites, que é difícil de localizar e de detectar antes que ocorram muito, dependendo da combinação desses fatores de influência. graves danos ao material. É importante observar que a corrosão é sempre um fenômeno apenas da Esses microorganismos estão presentes, em maior ou menor escala, em superfície do material e, portanto, diretamente influenciado pelas condições do quase todas as águas naturais, principalmente, em águas fluido adjacente ao material e da própria superfície metálica. Quando volume paradas e/ou ligeiramente aquecidas. do fluido é muito grande, as condições do fluido adjacente ao material (nature- A corrosão bacteriológica pode ocorrer, por exemplo, depois do teste za, temperatura, concentração, impurezas, umidade, velocidade etc.), podem hidrostático, caso a água do teste fique muito tempo retida dentro do equipa- variar muito de um ponto para outro e também diferir bastante das condições mento, ou não seja completamente drenada. Em qualquer caso, é recomendável médias de toda massa fluida. a adição de biocidas ou a cloração da água do teste. Entre os diversos fatores que influenciam a corrosão podem ser citados os seguintes, como mais importantes para os equipamentos de processo: 3.8 CORROSÃO POR GASES EM TEMPERATURA ELEVADA a) Características do fluido em contato Já fizemos referência, no item 3.2, à corrosão causada pelos gases em temperaturas elevadas, que provocam várias reações sobre os materiais metáli- Para um fluido em contato com material, pequenas variações de algu- cos: oxidação, sulfetação, carbonetação etc., dependendo da natureza dos mas características desse fluido podem alterar bastante comportamento do gases. Essa corrosão assume, geralmente, a forma de corrosão uniforme, com material quanto à corrosão: 69 68</p><p>concentração do fluido: em geral, a corrosão é mais severa para as perfície do metal, que estanca ou atrasa prosseguimento da corrosão. altas concentrações. No caso dos ácidos, podemos ter também vio- velocidades altas e os turbilhonamentos podem desagregar essa película, lenta corrosão com as concentrações baixas; lerando muito a corrosão e causando, algumas vezes, fenômeno da pH: a corrosão é geralmente mais intensa para os valores extremos de erosão. Deve ser observado, entretanto, que líquidos parados ou em velocida- pH, principalmente para alta acidez, sendo que a alcalinidade tende a des excessivamente baixas podem, também, agravar a corrosão, devido à for- passivar muito materiais metálicos alumínio); mação de regiões estagnadas e com líquidos em maior concentração, onde é presença de impurezas: as impurezas presentes podem agir agravan- possível ocorrer a corrosão em frestas. do ou atenuando a corrosão, embora o agravamento seja mais fre- A velocidade relativa do fluido corrosivo tem, também, muita influência nos casos propícios à corrosão por pites. presença de oxigênio: a influência do oxigênio é variável. Tratando-se de um metal que se passiva formando óxido (aços inoxidáveis, alumi- e) Pressão nio etc.), a presença de oxigênio é não só benéfica como necessária para promover e manter a passivação. No caso contrário, oxigênio Na maioria dos casos, a pressão do fluido não tem qualquer influência geralmente agrava a corrosão. nos processos corrosivos. Existem, entretanto, alguns casos de exceção im- caráter oxidante ou redutor do fluido: alguns fluidos, como acontece portantes como, por exemplo, para os serviços com hidrogênio ou com os com o ácido sulfúrico, podem ser oxidantes ou redutores, dependen- meios contendo hidrogênio, em que a pressão parcial do gás tem uma influên- do da concentração e de outros fatores; cia decisiva, como veremos mais adiante. Veja item 4.7 (figura 4.5) e item gases dissolvidos em líquidos ou sólidos em suspensão: os gases 11.10. dissolvidos, em geral, agravam a corrosão, principalmente quando existe vácuo ou a pressão é baixa e os gases se desprendem espontanea- f) Esforços mente. Os sólidos em suspensão também têm um efeito nocivo, devi- do à possibilidade de erosão. A existência de esforços na peça pode agravar a corrosão, prin- cipalmente quando a dos ciclos for elevada e quando houver ten- dência à corrosão sob tensão. Observe-se que, além dos esforços agravarem a b) Temperatura corrosão, esta, por sua vez, agrava, também, efeito de fadiga, devido aos Para a grande maioria dos casos, o aumento de temperatura acelera a esforços porque os pites, cavidades e outros defeitos superficiais corrosão, porque aumenta a atividade química. É importante observar, entre- decorrentes da corrosão vão funcionar como pontos de intensificação de ten- tanto, que em temperaturas acima do ponto de orvalho não ocorrem mais as Dessa forma, a corrosão pode, muitas vezes, ser a causa do início ou da diversas formas de corrosão Por esse motivo, são comuns os propagação de trincas de fadiga em um material sujeito a esforços casos de severa corrosão durante os períodos de parada, nos equipamentos que trabalham normalmente em temperaturas elevadas, isto é, durante os perío- g) Tensões mecânicas dos em que o equipamento permanece em temperatura inferior ao ponto de orvalho. Pode-se controlar esse efeito pela completa evacuação do fluido corro- o nível de tensões no material pode agravar seriamente o problema, nos sivo, ou pelo preenchimento do equipamento com um gás inerte. casos em que houver possibilidade de corrosão sob tensão. Devem ser consi- deradas não só as tensões provenientes de cargas externas, como, principal- mente, as tensões internas, devido à soldagem, trabalhos de deformação a c) Umidade frio, dilatações contidas etc., que costumam ter mais graves, A presença de umidade, tanto na atmosfera como no fluido contido no recomendando-se, por isso, tratamento térmico de alívio de tensões, como já equipamento, é um sério agravante da corrosão. Além de ser um fator necessá- foi referido no item 3.6. rio para a corrosão eletroquímica, a umidade também pode dar origem a ácidos diluídos por combinação com gases poluentes da atmosfera. h) Condições da superfície do metal o grau de acabamento da superfície do metal influi bastante em muitos d) Velocidade processos corrosivos, particularmente em casos sujeitos à corrosão por pites. Quando a velocidade do fluido em relação à peça metálica é baixa e não De um modo geral, quanto mais perfeito for o acabamento superficial (esmerilha- há turbilhonamento, forma-se, uma película protetora na su- mento, se necessário), tanto maior será a sua resistência à corrosão. 70 71</p><p>i) Interface entre líquido e gás e interface solo-atmosfera da corrosão pode, também, ser necessária, por motivos de segurança, em alguns Nos equipamentos que trabalham parcialmente cheios de líquidos, a equipamentos de risco muito interface entre o líquido e gás é, uma região mais sujeita à Nos casos comuns da prática, controle da corrosão é, antes de mais corrosão, devido à dissolução de gases no líquido (e variação na nada, um problema econômico. Esse controle tem sempre um certo custo, que natureza ou na concentração do líquido) e também devido à diferença de poten- deve ser comparado com custo de reposição do equipamento (ou da paralisa- cial entre as regiões molhada e não-molhada pelo líquido. As proximidades do ção de seu funcionamento), caso o controle da corrosão não seja feito. Quan- nível livre são, principalmente, sujeitas à corrosão por pites e, também, corro- do se considera custo de paralisação de um equipamento, para manutenção são sob tensão, devido ao aumento de concentração do agente corrosivo. ou reposição, deve ser lembrado fato de que essa paralisação obriga, A interface solo-atmosfera em equipamentos ou estruturas semi-enterra- a interrupção de funcionamento de todo um sistema. Eviden- das ou em contato com solo é também uma região altamente propícia à temente que, para cada caso específico, existem sempre várias soluções possi- corrosão, devido à aeração diferencial. veis, tanto de seleção de materiais como de meios de controle da corrosão. A solução ideal será a que for mais econômica. j) Corrosão atmosférica É importante observar que, para os equipamentos de processo, proble- ma do controle da corrosão é bem mais grave e difere completamente do que Em muitos casos, a atmosfera é agressiva, de forma que a corrosão usualmente acontece com os veículos, máquinas, construções, estruturas e atmosférica pode tornar-se tão séria ou mesmo pior do que a corrosão interna outras aplicações de materiais metálicos em geral, para os quais a corrosão é do equipamento. principalmente externa (geralmente e, por esse motivo, é quase A corrosão atmosférica é agravada pelo aumento da poluição (presença sempre possível conseguir-se uma proteção eficiente simplesmente por meio de e principalmente), pelo aumento da umidade e pela atmosfera de um boa pintura. No caso dos equipamentos de processo, a corrosão é prin- marinha. Essa corrosão é, também, influenciada pelo regime de chuvas e de cipalmente interna, causada pelos fluidos contidos e, por isso, a pintura mui- ventos, e pela presença de poeiras em suspensão. Entretanto, na grande maio- tas vezes não pode ser feita, por não resistir à temperatura de operação, ou ria dos casos, a corrosão atmosférica pode ser eficientemente controlada sim- devido à dificuldade ou até impossibilidade física de execução da pintura, plesmente por uma boa pintura em todas as partes metálicas expostas. tendo em vista as dimensões e/ou formato do equipamento. Mesmo quando possível de fazer-se, a pintura interna não será em geral melhor meio de 3.10 CONTROLE DA CORROSÃO EM EQUIPAMENTOS DE PROCESSO controle da corrosão, porque não haverá condição de inspeção ou reparo da pintura com equipamento em serviço e, assim, quando um defeito chegar a Tratando-se de equipamentos de processo, podemos tomar dois cami- ser constatado, já terá em geral resultado em dano grave. Mesmo assim, nhos gerais no problema do controle da corrosão: pintura interna anti-corrosiva é um recurso econômico normalmente empregado eliminar ou, pelo menos, reduzir substancialmente a corrosão, pelo em tanques de armazenagem e em alguns outros equipamentos. Para alguns emprego dos recursos que vão descritos nos itens 3.11 e 3.12, a trocadores de calor faz-se, também, em alguns casos, a pintura anti-corrosiva seguir; do feixe tubular. tolerar a existência de uma certa corrosão, adotando-se, para isso, Em resumo, para a maioria dos equipamentos de processo, controle da uma sobreespessura de sacrifício, como explicado no item 3.13. Ob- corrosão consiste em procurar evitar as formas graves de corrosão (corrosão serve-se que esse recurso, embora seja mais usado nos equipamen- sob tensão e intergranular, em especial), procurar reduzir a intensidade da cor- tos de processo, serve, principalmente, para controlar a corrosão uni- rosão uniforme e adotar uma sobreespessura para compensar a perda de espes- forme, que é, como já vimos, a forma mais comum de corrosão e a sura devido à corrosão uniforme residual. que causa maior prejuízo global. Para a grande maioria dos equipamentos de processo, não é necessário, 3.11 MEIOS DE CONTROLE DA CORROSÃO nem é econômico, que a corrosão seja eliminada por completo em todas as suas formas, embora, teoricamente, quase sempre isso seja possível de ser Os diversos recursos de controle da corrosão que podem ser emprega- conseguido. A eliminação completa da corrosão é necessária quando não se dos, isolada ou simultaneamente, para os equipamentos de processo, podem pode tolerar nenhuma contaminação do fluido contido nos equipamentos pelos ser classificados sob três títulos gerais: resíduos da corrosão, como acontece, por exemplo, com quase todos os equi- projeto contra a corrosão; pamentos de indústrias alimentares e farmacêuticas, notando-se que qualquer providências relativas à fabricação do equipamento; corrosão, por pequena que seja, sempre gera resíduos. A eliminação completa providências relativas à operação do equipamento. 72 73</p><p>a) Projeto Contra a Corrosão teção pela barreira, atuam também por inibição anódica ou por proteção catódica, Diz-se, com muita razão, que "o controle da corrosão em equipamentos como é o.caso da galvanização em peças de ferro ou de aço-carbono. Os reves- de processo começa no projeto do equipamento", querendo significar, com timentos podem ser permanentes ou não-permanentes; os primeiros são re- isso, que é na fase de projeto de um equipamento que podem, e devem, ser vestimentos cuja duração é, em geral, a mesma do próprio equipamento, embora tomadas as providências mais importantes e mais eficazes de controle da cor- possam ser eventualmente retocados ou reparados durante a vida útil do equipa- rosão (seleção de materiais, detalhes de projeto, revestimentos protetores etc.). mento. Entre os revestimentos permanentes, temos cladeamento, a galvani- Em outras palavras, num equipamento mal projetado, com vícios de origem, em zação e outros revestimentos metálicos, bem como a aplicação de plásticos, cujo projeto assunto corrosão não foi devidamente considerado, controle borrachas, concretos etc. Voltaremos a esse assunto no capítulo 10. Os reves- da corrosão pode se tornar, depois, muito muito caro, ou mesmo prati- timentos não-permanentes são as pinturas que, em geral, devem ser renovadas camente Por esse motivo, quem faz O projeto e detalhamento de várias vezes durante a vida do equipamento e das quais não trataremos em um equipamento de processo deve, obrigatoriamente, ter todas as informações especial neste livro. sobre as condições de operação do equipamento (fluidos, temperatura, pres- Qualquer que seja revestimento, é muito importante que seja absoluta- são etc.). É importante, também, que essas condições não sofram modifica- mente perfeito, e cubra, sem solução de continuidade, toda a superfície metá- ções no futuro sem a prévia avaliação do projetista. lica exposta ao meio corrosivo, porque uma pequena falha ou defeito que haja As providências de controle da corrosão quanto ao projeto do equipa- poderá provocar um ponto de corrosão localizada, que talvez cause a perfura- mento são, entre outras, as seguintes: ção completa do metal mais depressa do que se não houvesse revestimento emprego de materiais mais resistentes à corrosão; algum. Em geral, quanto menor for a área do defeito ou da falha, mais grave emprego de revestimentos protetores; será problema, porque menor será a área anódica e, assim, a corrosão locali- detalhes de projeto contra a corrosão; zada será mais intensa e mais rápida. margem para corrosão (veja item 3.13); proteção catódica. 3. Proteção catódica Os detalhes construtivos tendentes a minorar os efeitos da corrosão serão vistos no item 3.12, e a margem para a corrosão no item 3.13. A proteção catódica consiste, essencialmente, em transformar a peça ou estrutura a proteger, no catodo de uma pilha Esse recurso desti- na-se a controlar as várias formas de corrosão galvânica e, também, a corrosão 1. Emprego de materiais mais resistentes à corrosão causada por correntes elétricas de subsolo ou submarinas, em equipamentos Um material pode ser mais resistente a um determinado meio corrosivo ou peças metálicas enterradas, em contato com O solo, ou submersas. Para a pela fato de ser quimicamente inerte, ou por ter menor tendência termodinâmica corrosão galvânica, a proteção catódica consiste na colocação de anodos de à corrosão, ou, ainda, por ser passivável, formando uma película protetora com sacrifício mais próximo possível à região de contato dos dois metais diferen- os próprios resíduos de uma corrosão incipiente. Com raras os mate- tes. Os anodos de sacrifício são blocos de ligas de metais altamente anódicos riais de melhor resistência à corrosão são também mais caros e, (Mg, AI, Zn), que são, por isso, corroídos preferencialmente, protegendo os mais difíceis de trabalhar, soldar, usinar etc. Os materiais resistentes à corro- outros metais. Observe-se que O Zn, em temperaturas superiores a 60 °C pode são de mais alto preço que têm uso corrente são os aços inoxidáveis austeníticos. sofrer uma inversão de polaridade, passando a catódico em relação ao ferro, o emprego de materiais mais caros (níquel e suas ligas, titânio, zircônio etc.) é não se devendo, portanto, empregar anodos de Zn para essas temperaturas. excepcional e deve ser evitado, sempre que possível, recomendando-se estu- Para equipamentos enterrados, em contato com solo, ou submersos, a do de outros recursos de controle da corrosão. Note-se que, muitas vezes, o proteção catódica poderá se feita com anodos de sacrifício ou por corrente uso de materiais mais resistentes à corrosão apenas atenua a corrosão ou evita impressa. Os anodos de sacrifício são, nesse caso, peças de metais anódicos as formas mais graves e destrutivas, sem, contudo, eliminar completamente enterradas no solo e ligadas eletricamente ao equipamento que se quer prote- fenômeno em todas as suas formas. ger. A proteção por corrente impressa consiste, resumidamente, em fazer circu- lar uma corrente elétrica contínua entre solo e equipamento em contato 2. Revestimentos protetores com solo, de forma que no metal ocorram apenas reações catódicas, ficando, assim, a corrosão termodinamente impossível e, portanto, inexistente. Isso é Os revestimentos são películas que se aplicam artificialmente sobre conseguido pelo emprego de um retificador de corrente elétrica, pelo controle material metálico, formando uma barreira de forma a evitar O contato do mate- da intensidade da corrente e, também, pelo uso de anodos de grafite, ou outro rial com fluido corrosivo. Alguns revestimentos anti-corrosivos, além da pro- material inerte. 74 75</p><p>Os anodos de sacrifício, quando bem projetados, constituem-se em um para evitar a ocorrência de defeitos superficiais que podem dar origem à corro- recurso muito eficiente e econômico de controlar a corrosão, embora exijam são por pites e outras formas de corrosão localizada. Depois de iniciada a sempre um cuidado constante de inspeção e substituição dos anodos, quando corrosão sob tensão, o martelamento é inútil e pode ser prejudicial, porque necessário. A proteção por corrente impressa é um sistema muito eficiente, forma-se uma camada sub-superficial com tensões de tração, onde as trincas mas de instalação e manutenção relativamente dispendiosas; aplica-se, em vão se propagar. especial, aos equipamentos importantes que sejam enterrados, submersos ou o martelamento não deve ser feito quando houver risco de corrosão em contato com o solo, como oleodutos, gasodutos, adutoras, bem como as uniforme de alguma intensidade, ou de qualquer corrosão por pites, porque o chapas do fundo de tanques de armazenagem pousados sobre solo. A eco- material sob compressão tem muito pequena espessura, que pode ser consumida nomia da proteção por corrente impressa depende, principalmente, das dimen- pela corrosão uniforme, ou atravessada pelos pites, podendo, então, as trincas do equipamento; geralmente, quanto maior for equipamento, maior de corrosão sob tensão se desenvolver no material subjacente. será a economia. A aplicação de jato de areia ou de granalha não é equivalente ao martela- Em equipamentos em contato com a atmosfera, a proteção catódica não é mento porque não é controlada. possível, porque exigiria a existência de um eletrólito contínuo. 3. Soldagem b) Providências quanto à fabricação do equipamento Adotar procedimentos adequados de soldagem, não só para evitar ten- 1. Tratamentos térmicos sões residuais elevadas, como também para controlar crescimento exagerado Os tratamentos térmicos podem alterar muito a resistência à corrosão de dos grãos, precipitação de carbono e outras alterações metalúrgicas nas proxi- um material metálico (para mais ou para menos), porque modificam a estrutura midades das soldas. Caso necessário, devem ser realizados tratamentos térmi- metalúrgica do material; podem ser, por isso, recomendados como um recurso cos para corrigir esses efeitos. Deve ser notado que as soldas são sempre regi- auxiliar no controle da corrosão. Os dois principais tratamentos para melhorar a mais sujeitas à corrosão, porque o ciclo térmico da soldagem introduz ten- resistência à corrosão são tratamento de solubilização e o alívio de internas e, também, porque, com exceção da solda pelo processo TIG, em No tratamento de solubilização procura-se dissolver fases precipitadas, todas as outras soldas nunca material na região das soldas é exatamente igual tornando material homogêneo tanto quanto possível. Esse recurso aplica-se, ao material-base adjacente. Nas soldas dissimilares, entre materiais diferentes, por exemplo, aos aços inoxidáveis e às ligas de cobre. essa diferença entre a região da solda e material base é, evidentemente, o alívio de tensões consiste no aquecimento do equipamento até uma muito maior, e esse é mais um motivo para que se evitem soldas dissimilares. temperatura na qual as tensões residuais internas sejam aliviadas por meio de pequenas deformações plásticas. Esse tratamento, que é um meio auxiliar no 4. Acabamento superficial controle da corrosão sob tensão, deve ser efetuado depois de realizados todos Dar um bom acabamento à superfície interna do equipamento, principal- os trabalhos de deformação a frio e de soldagem, porque são essas operações mente quando houver possibilidade de corrosão por pites, casos em que pode as maiores causadoras de tensões internas. ser recomendável esmerilhamento interno, arredondando-se arestas e remo- De uma forma resumida, pode-se dizer que os tratamento térmicos que vendo-se rebarbas, pingos de solda, reforços excessivos ou mordeduras de introduzem tensões no material, como a têmpera, diminuem a resistência à solda e outras irregularidades superficiais. corrosão, enquanto que os tratamentos que reduzem as tensões, como recozimento, revenido e alívio de tensões, tendem a aumentar a resistência à corrosão, mesmo acontecendo com os tratamentos que visam à homoge- c) Providências quanto à operação do equipamento neização da liga metálica. 1. Modificações no meio corrosivo Inibidores de corrosão 2. Martelamento (peening) Existem numerosas substâncias que se adicionam em pequenas quanti- o martelamento de toda a superfície exposta ao meio corrosivo é um re- dades a vários fluidos corrosivos e que tendem a bloquear ou a reduzir a corro- curso auxiliar no controle da corrosão sob tensão, como já referido no item 3.6. são. Esses inibidores são, em geral, sais orgânicos ricos em oxigênio (cromatos, Quando for indicado, deve ser sempre a última operação feita no fosfatos, tungstatos etc.) que são adsorvidos na superfície do material metáli- depois de todas as conformações, soldas, montagem, tratamentos térmicos e CO, formando uma barreira protetora, ou formando películas de produtos inso- teste hidrostático. Deve ser feito mais uniformemente possível em toda a área, lúveis nas áreas anódicas ou nas áreas 76 77</p><p>Tratamento no meio corrosivo com declividade insuficiente e com grande área etc. Por esta razão, a constru- Em muitos casos é possível controlar ou, pelo menos, atenuar a corrosão ção soldada com soldas de topo é sempre preferível; para serviços corrosivos, por meio de tratamentos no meio corrosivo, procurando torná-lo menos recomenda-se evitar construções com soldas sobrepostas, bem como constru- Esse recurso é, em geral, econômico e, assim, seu emprego, quando viável, deve ções com parafusos ou rebites. Quando forem inevitáveis as soldas sobrepos- ser sempre considerado. Entre esses tratamentos temos: tas, deve-se fazer a sobreposição das chapas, no sentido da drenagem e, em desaeração da água ou de outros líquidos, isto é, remoção do e de serviços corrosivos, fazer uma solda de selagem no bordo das chapas, para outros gases dissolvidos que, como já vimos, agravam a corrosão; impedir a penetração de fluidos entre as duas chapas. Nos aparelhos de troca neutralização, que é a correção do pH, procurando tornar meio de calor pode-se, também, recomendar uma solda de selagem em torno das neutro; extremidades externas dos tubos, para evitar a penetração do fluido corrosivo cloração ou adição de biocidas, para controle da corrosão bacteriológica. entre os tubos e os espelhos. Em caldeiras flamo-tubulares, recomenda-se a expansão dos tubos em toda a espessura dos espelhos, para evitar depósitos nos espaços entre tubos e espelhos. As ligações rosqueadas e de solda de 2. Controle da temperatura de operação encaixe são, também, pontos de possível acumulação de líquidos e que, por- Evitar a ocorrência de temperaturas excessivas em operação porque, tanto, devem ser evitadas para serviços corrosivos. mesmo durante curto período, podem agravar consideravelmente a Para que não haja, também, possibilidade de acumulação de líquidos, to- Evitar, também, por outro lado, que o equipamento permaneça em contato com dos os bocais, derivações e outras aberturas devem ser completamente rentes o fluido corrosivo em temperaturas inferiores ao ponto de orvalho, exceto, pelo lado interno e com a aresta arredondada, evitando-se qualquer projeção evidentemente, quando o projeto prevê operação nessas condições. interna. De um modo geral, é necessário que todos os equipamentos em serviços 3. Controle dos fluidos de processo corrosivos tenham drenagem perfeita e completa. Onde as cavidades de acu- mulação forem inevitáveis, pode-se lançar mão do recurso de preenchê-las com- Controlar adequadamente a natureza e a concentração dos fluidos conti- pletamente com um material aderente, inerte e impermeável. Deve-se, também, dos no equipamento. Variações de natureza ou de concentração dos fluidos, evitar a existência de regiões onde possam se acumular sujeira ou detritos. mesmo quando por pouco tempo, podem ter desastrosas no Esses cuidados de projeto e de construção são importantes, principal- ponto de da corrosão. mente, nos casos propícios à corrosão em frestas ou por pites. 2. Evitar velocidade excessiva dos fluidos ou turbilhonamento, 3.12 DETALHES DO PROJETO CONTRA A CORROSÃO causados por seções de escoamento insuficientes, por pontos de estrangula- mento de seção, por mudanças bruscas de direção de escoamento, por impac- No caso específico dos equipamentos de processo, além dos meios de tos da corrente fluida sobre peças metálicas, ou por arestas vivas etc. Esses controle da corrosão acima descritos, a corrosão pode também ser eficiente- cuidados devem ser tomados, principalmente, nos serviços sujeitos à corrosão- mente combatida por meio de uma série de cuidados especiais de detalhes de erosão; em casos importantes, convém que os tubos de troca de calor tenham projeto, de construção e de operação do equipamento. Esses diversos cuida- um pequeno trecho cônico na entrada e na saída dos espelhos, para diminuir dos são especialmente indicados para os casos propícios à ocorrência de corro- turbilhonamento.* são por pites ou em frestas, servindo, ainda, como um recurso auxiliar no De um modo geral, a trajetória dos fluidos corrosivos deve ser sempre o controle da corrosão sob tensão, que são justamente as formas mais perigosas mais possível aerodinâmica. Deve ser observado, entretanto, que líquidos es- de corrosão, embora se recomendem também para outros serviços corrosivos, tagnados ou em velocidades muitos baixas, podem causar corrosão por pites porque, com exceção da corrosão uniforme, para todas as outras formas de ou em frestas. corrosão pode-se conseguir grande melhoria ou mesmo a eliminação completa. 3. Evitar pontos de concentração de tensões, causados por fortes des- Constituem, também, em muitos casos, recurso mais econômico de controle continuidades geométricas (como já referido no item 2.10 e figura 2.12), ou por da corrosão. Essas providências, quanto ao projeto e construção do equipa- cargas concentradas, soldas descontínuas ou de penetração parcial, processos mento, são principalmente as seguintes. inadequados ou seqüência inadequada de soldagem, aperto excessivo ou desi- 1. Evitar cavidades onde pequenas quantidades de líquidos possam ficar retidas ou regiões de drenagem impossível ou imperfeita. Tais são, por exem- plo, cavidades ou mordeduras de solda, folgas entre parafusos, porcas, arrue- Pode-se reduzir a incidência de erosão na entrada dos tubos de troca de calor com las e rebites, frestas em soldas sobrepostas ou fundos planos ou emprego de peças de materiais cerâmicos (ferrules). 78 79</p><p>gual de parafusos e de roscas etc. Construções excessivamente rígidas ou peças Detalhes Construtivos Detalhes Construtivos contidas por todos os lados e completamente impossibilitadas de se dilatar, tam- Não-Aceitáveis Aceitáveis bém podem dar origem a fortes concentrações de tensões, quando submetidas a qualquer variação de temperatura. 4. Evitar metais diferentes em contato direto, formando pilhas galvânicas, principalmente quando a área anódica for a menor e os metais estiverem afas- Vazios tados entre si na série galvânica. Soldas de Soldas de 5. Evitar soldas entre materiais metálicos diferentes ou com eletrodos de penetração parcial penetração total material diferente. Essas soldas causam, a dissolução do car- bono (no aço de menos carbono) ou a diluição dos elementos de liga, formando regiões altamente propícias à corrosão nas proximidades da solda, agravadas com as tensões residuais de soldagem. Quando não for possível evitar as soldas dissimilares, deve-se, pelo me- nos, procurar colocá-las fora da parede de pressão do equipamento ou, se possível, fora do contato com o meio corrosivo. Solda Solda contínua Note-se que não são consideradas como soldas dissimilares as soldas entre materiais que tenham o mesmo "Número P" (P-number), como definido no Código ASME, para vasos de pressão, embora, estritamente falando, pos- sam ser de materiais diferentes (veja nota de rodapé na página 119). Impacto contra 6. Para vasos, tanques e outros reservatórios, prever sempre dispositi- a parede Estrangulamento vos que permitam a inspeção interna do equipamento, tais como bocas de de seção visita ou de inspeção, tampas removíveis etc. 7. Evitar juntas, gaxetas e outras peças de materiais absorventes que Líquido Aba voltada acumulado para baixo possam acumular uma certa quantidade de líquidos corrosivos, causando pro- Aba voltada Dreno sem blemas de corrosão localizada. para cima Dreno com projeção interna Arredondado projeção interna Na figura 3.5 estão mostrados vários exemplos do que se recomenda e do que não se recomenda sobre detalhes de projeto para equipamentos em Fundo com declividade serviços corrosivos. Fundo Plano Metais diferentes Arruela Metais diferentes isolante 3.13 MARGEM PARA CORROSÃO Sempre que a corrosão não puder ser economicamente evitada por com- Bucha isolante pleto, deve ser adotada, em todas as peças metálicas em contato com o meio corrosivo, uma espessura extra denominada "margem para corrosão" (corrosion Parede de pressão da saia do do equipamento allowance) A margem para corrosão tem por finalidade proporcionar uma certa mesmo material do equipamento espessura de material de sacrifício, que será consumida ao fim de um certo Solda dissimilar tempo, sem prejudicar a resistência mecânica da peça. A margem para corrosão Solda dissimilar fora da parede é, portanto, um valor que se acrescenta à espessura calculada para a peça. de de pressão A aplicação de uma margem para corrosão obriga que sejam feitas periodi- sustentação Metais diferentes camente medições da espessura do equipamento, para o controle da corrosão e previsão do tempo de vida remanescente. Existem meios de medição de espes- sura de parede, mesmo estando o equipamento pressurizado e em operação. Figura 3.5 Detalhes de projeto em serviços corrosivos (continua na próxima página) 80 81</p><p>Construtivos Construtivos te válidos quando esses serviços forem exatamente iguais ao que se propõe, por- Não-Aceitáveis Aceitáveis que pequenas diferenças de natureza do fluido, concentração, temperatura, veloci- dade, pH, etc. podem alterar bastante comportamento quanto à Tam- Mudança Mudança de bém já observamos as dificuldades que sempre existem em repetir em uma experi- brusca de direção direção ência de laboratório as condições reais de corrosão do equipamento. Por todas gradual essas razões, para muitos dos serviços da prática, os dados existentes de taxas de Turbilhonamentos corrosão são falhos ou discordantes, ficando a fixação final de um valor numérico praticamente empírica e a critério do projetista. Erosão o tempo de vida útil previsto para equipamento, como o próprio nome indica, é o tempo mínimo que material deve durar, em função do serviço que realiza, da amortização do investimento inicial etc. Como quase todos os equi- pamentos industriais tendem a se tornar obsoletos no fim de um certo tempo, não há, em geral, interesse em prever uma vida demasiadamente longa para esses equipamentos. Dependendo do tipo de equipamento, uma vida útil de 15 a 20 anos é, em geral, satisfatória. Os equipamentos de alto custo devem ter Tubo pressurisado Barra de aço inoxidável externa uma vida maior do que os de menor custo, devido ao tempo mais longo de retorno do A vida útil pode ser pequena, no caso de peças de substituição relativamente fácil, como, por exemplo os tubos de caldeiras e de trocadores de calor, para os quais uma vida de cinco anos é, em geral, Para peças internas desmontáveis em vasos de pressão (bandejas, bor- bulhadores, grades, recheios etc.), assim como para tubos de troca de calor (de caldeiras, permutadores, aquecedores etc.) e para peças internas de válvulas, Solda dissimilar purgadores, filtros etc., não é possível acrescentar-se uma sobreespessura, na parede de inoxidável Solda dissimilar fora da porque todas essas peças devem, obrigatoriamente, ter pequena espessura, pressão parede de pressão como já foi referido no item 1.5. Obviamente, também não é possível acrescen- Figura 3.5 Detalhes de projeto em serviços corrosivos (continuação). tar-se qualquer sobreespessura em parafusos, estojos, porcas e outros elemen- tos de fixação, bem como em peças com movimento, ou peças que exijam uma ajustagem mecânica. Nos casos em que se prevê um ataque corrosivo de certa Embora essa espessura de sacrifício seja destinada especificamente para intensidade, o único recurso é fazer todas essas peças de um material com controle da corrosão uniforme, pode servir também como meio auxiliar de con- suficiente resistência à corrosão. trole de outras formas de corrosão, que resultam em redução de espessura, Os valores máximos admitidos para a margem para corrosão variam mui- como a corrosão-erosão, corrosão seletiva e alguns casos moderados de corro- to conforme caso e de acordo com a prática dos projetistas; pode-se dizer, são por pites; essa espessura extra, entretanto, de nada adianta contra as entretanto, que raramente se adotam sobreespessuras superiores a 6 mm. Ca- formas de corrosão que não dão perda de espessura (inclusive as mais perigo- que resultam em maiores valores para essa sobreespessura significam, sas), como, por exemplo, a corrosão sob tensão e intergranular. geralmente, que o material não é adequado, devendo ser selecionado outro Teoricamente, a margem para corrosão deveria ser avaliada, em cada mais resistente à corrosão. caso, como produto da taxa anual de corrosão pelo tempo de vida útil previs- Nas indústrias de petróleo e petroquímica são os seguintes os valores to para o equipamento. A taxa anual de corrosão é um valor que dá a perda limites usuais adotados para as taxas de corrosão: média de espessura de uma peça de determinado material, quando em contato taxa de corrosão até 0,1 mm/ano: materiais com uso sem restrições; com um determinado meio corrosivo. Essa taxa é expressa usualmente em idem, entre 0,1 e 1,0 mm/ano: materiais de uso restrito, que podem mm/ano, ou em milésimos de polegada por ano (mpy). Os valores das taxas ser empregados quando não houver outra solução mais econômica; anuais de corrosão são obtidos dos dados de medição de espessura de peças idem, maior do que 1,0 mm/ano: materiais normalmente não-utilizá- metálicas em serviços semelhantes ou, na falta destes, dos resultados de ex- veis. periências feitas especialmente para esse fim. Entretanto, como já fizemos Nas indústrias químicas a corrosão é, às vezes, muito intensa, o que notar no item 3.1, os dados referentes a serviços anteriores só são inteiramen- obriga a aceitação de taxas maiores e, como menores tempos de vida 82 83</p><p>Para tanques e vasos de pressão, admitem-se maiores margens para Corrosão sob tensão: seleção de materiais para os casos graves, trata- são do que para tubulações, não só porque O custo e a importância desses equipa- mento térmico de alívio de tensões, ou martelamento, para os casos mentos costumam ser maiores, como também porque pode-se admitir, sem proble- menos graves, procurando-se, também, com detalhes de projeto, evitar mas, um maior aumento de peso decorrente da maior espessura. Como primeira regiões com altas concentrações de tensões ou pontos onde possa ha- indicação, podemos sugerir os seguintes valores usuais para a margem para corro- ver maior concentração do fluido corrosivo. são, nas indústrias de petróleo e petroquímica: Corrosão seletiva: seleção de materiais. Corrosão galvânica: evitar metais diferentes em contato. Anodos de TABELA 3.3 sacrifício para onde for inevitável esse contato. Serviços de Serviços de Serviços de Corrosão em frestas: seleção de materiais apenas para os casos mui- baixa corrosão média corrosão alta corrosão to graves. Detalhes de projeto para os casos Tanques, vasos de pressão e Corrosão intergranular e incisiva: seleção de materiais. outros equipamentos de seleção de materiais apenas para os casos muito grande porte graves. Detalhes de projeto para os casos correntes. Pode também Tubulações em geral (tubos 1,2 mm 2,0 mm 4,0 mm ser empregada uma sobreespessura de sacrifício local ou revestimen- para tos internos anti-erosivos. Esses revestimentos podem ser metálicos duros (stellite e outros), aplicados por metalização, ou revestimento Quando se estabelece valor da margem para corrosão, deve-se compa- de concreto anti-erosivo; a seleção entre uns e outros depende das rar O custo do material adicional que se está colocando com custo de outros dimensões, formato e localização da parte a proteger. meios de controle de corrosão, inclusive uso de materiais mais Deve ser observado, também, que quando se aumenta a margem para corrosão, 3.15 CORROSÃO NOS MATERIAIS NÃO-METÁLICOS aumenta-se, na mesma proporção, a vida útil provável da peça metálica. acréscimo de custo resultante é, entretanto, quase sempre em proporção bem Para os materiais não-metálicos, em especial para os materiais poliméricos menor. Tomemos, por exemplo, um caso típico de uma peça cuja espessura (veja capítulo 9), a corrosão difere completamente da que se observa com os calculada seja 12 mm, à qual se acrescentam 3 mm para corrosão, perfazendo metálicos, porque não existem reações A corrosão é um total de 15 mm. Suponhamos que essa peça tenha vida útil avaliada de 10 exclusiva de reações químicas diretas entre material e fluido anos. Passando-se a margem de corrosão para 6 mm, dobra-se a vida útil prová- em contato ou da dissolução do material no fluido. Por essa razão, na maioria vel, enquanto que a espessura total passa para 18 mm, com acréscimo de dos casos, ou esses materiais resistem indefinidamente à ação do fluido ou material de apenas são por ele destruídos rapidamente. A corrosão lenta e progressiva é rara, que é justamente a mais comum no caso dos materiais metálicos. Para os 3.14 RECURSOS PARA CONTROLAR AS DIVERSAS FORMAS DE licos não se adotam margens para corrosão, porque a corrosão, quando existe, CORROSÃO é quase sempre rápida, não tendo sentido valores de taxas anuais de Damos, a seguir, um resumo dos principais recursos usados, no campo dos equipamentos de processo, para controlar as diversas formas de corrosão. 3.16 FONTES DE INFORMAÇÕES SOBRE COMPORTAMENTO DE Os revestimentos protetores constituem único recurso que pode se emprega- MATERIAIS QUANTO À CORROSÃO do para controle de qualquer uma das formas de corrosão; seu uso é, Damos, a seguir, uma relação de algumas fontes de informações que entretanto, relativamente restrito, devido à necessidade de perfeição e impos- podem servir como um núcleo básico de dados sobre comportamento de sibilidade de inspeção em serviço e, em alguns casos, devido também ao custo materiais quanto à e à dificuldade ou impossibilidade de aplicação, que dependem do formato e G. Nelson "NACE Data Corrosion Survey", publicado pela National dimensões da peça ou do equipamento. Association of Corrosion Engineers, dos Estados Unidos. Esse livro, Corrosão uniforme: seleção de materiais para os casos graves, mar- em dois volumes (materiais metálicos e materiais não-metálicos), é gem para corrosão para os casos possivelmente a fonte única mais importante disponível de dados de Corrosão por pites: seleção de materiais para evitar os casos graves. comportamento de materiais em meios corrosivos. A parte principal Detalhes de projeto, em particular polimento superficial, e evitar do livro reúne centenas de gráficos, fornecendo as taxas de corrosão regiões estagnadas, para os casos 84 85</p>