Problemas e Patologias

O aparecimento de problemas em edificações é um motivo delicado e que causa bastante cautela desde que o processo de construções de grande porte começou a ser

alavancado na indústria da construção civil. Relatos que figuram da data de 1772 a.C., mostram que o código de Hamurabi, baseado nas leis de Talião, já demonstravam a nítida preocupação com possíveis colapsos que podiam ocorrer em edificações, cabendo ao construtor a total responsabilidade pela construção e também por possíveis acidentes que viessem a ocorrer, devendo este em muitos casos, pagar com a própria vida pelos acontecimentos (LICHTENSTEIN,1985).

Sendo o oposto do que ocorre com um sistema estrutural, que não sofre de forma incisiva os efeitos de problemas com a falta de manutenção, discrepâncias presentes no projeto, execução e outras falhas construtivas, um sistema hidráulico de uma edificação exemplifica rapidamente os danos pelos quais estão sendo vitimizados, como, por exemplo, na forma de vazamentos, mofos, mal cheiro e aumento na conta de fornecimento de água.

Desta forma é imprescindível que os sistemas hidráulicos sejam tema de grande preocupação no que se refere à implementação e posterior manutenção. De acordo com alguns estudos realizados, estima-se que 75% das patologias das construções, são decorrentes de problemas relacionados às instalações hidráulicas prediais. O que apenas ratifica que o controle desse subsistema é fundamental (CARVALHO, 2013).

As tubulações de aço galvanizado foram as que predominaram por grande parte do tempo nas edificações de alto porte nos sistemas de água fria, possuem como características boa resistência mecânica, resistência ao fogo e longo tempo de vida útil de trabalho.

Conquanto, por ter como prerrogativa uma série de cuidados adicionais, principalmente no que diz respeito ao trabalho de manutenção, visando evitar e combater patologias presentes nas tubulações, principalmente causados pela corrosão, comparando com outros tipos de materiais que surgiram no mercado, esses tipos de tubulações começaram a cair em desuso perdendo espaço para tubulações como o PVC (CARVALHO, 2013).

Entretanto, mesmo com a queda exponencial da utilização de tubulações de aço galvânico, as tubulações antigas permaneceram nas edificações já consolidadas, portanto problemas com tais materiais ainda são comuns. O inconveniente primordial encontrado é de natureza corrosiva, que causa vazamentos que danificam a estrutura, instalações elétricas e móveis em geral. Há também a possibilidade de entupimentos, que causam um obstáculo na vazão hídrica, consequentemente causando queda na pressão. Ainda pode ocorrer a proliferação de substâncias nocivas à saúde na água (TAJCHMAN, 1985).

Os tubos galvanizados são tubos compostos de um aço no qual passa por um processo denominado de galvanização. Esse processo, conhecido como Galvanização por imersão a quente, resume-se ao mergulho do aço em zinco fundido dentro de uma cuba, onde a temperatura se encontra aproximadamente entre 445°C e 465°C e com tempo de imersão podendo variar entre 10 a 300 segundos. O contato do tubo com o zinco fundido desencadeia uma reação entre o aço e o zinco, formando assim uma camada intermetálica, originando o revestimento protetor (DA CUNHA, 2021)

As características e qualidades do revestimento estão diretamente ligadas com as condições de imersão, como, por exemplo, a temperatura e o tempo que o aço permanece no banho, a composição química do aço a ser utilizado e o tempo de resfriamento do material.

Esses fatores influenciam tanto nas composições das fases quanto na espessura da camada de revestimento (DA CUNHA, 2021).

2.4.1 PREPARAÇÃO DA SUPERFÍCIE DOAÇO

Esta etapa é tão importante quanto a imersão a quente, devido às características do zinco de não desencadear as reações desejadas com uma superfície que não esteja devidamente tratada e limpa. Para uma limpeza eficiente, são utilizados três tipos de processos: desengraxe, decapagem e fluxagem. No final de cada um desses processos, é feita a lavagem do material. (DA CUNHA, 2021)

Desengraxe: Processo designado para a remoção de gorduras, óleos entre outras substâncias saponificantes presentes no aço. (DA CUNHA, 2021)

Decapagem: Processo no qual ocorre a retirada de óxidos de ferro que estão presentes no material, pode ser feito através de soluções ácidas como por exemplo o ácido clorídrico (HCl) e ácido sulfúrico (H2SO4) (DA CUNHA, 2021).

Fluxagem: Pode ser realizado via 2 processos, seco e úmido, ambos utilizando sal duplo de cloreto de zinco e amônio (ZnCl2 e NH4Cl). No processo a seco o material é submergido em uma solução fluxante, resultando na criação de uma película seca de fluxante sobre sua superfície, a temperatura e a concentração da solução são cabíveis de variação dependendo das características de cada processo. Outro fator que deve total atenção é a secagem, na qual deve ser controlada não podendo ultrapassar a temperatura de 150°C para

que não ocorra a volatização excessiva do fluxo. Em termos gerais, a secagem é feita em uma estufa para evitar choques térmicos e possíveis respingos. No processo úmido, o material é imerso lentamente num banho de sais fundidos. À proporção que o material é imerso no banho, as impurezas sobre este, vão se esvaindo e sendo dissolvidos. (DA CUNHA, 2021). A figura 9 representa, esquematicamente, cada uma das etapas necessárias para a preparação da superfície do aço.

Figura 9: Processo de Fluxagem úmido Fonte: DA CUNHA, (2012)

2.4.2 GALVANIZAÇÃO PORIMERSÃO ÀQUENTE

A galvanização por imersão à quente consiste em imergir o material em uma cuba contendo zinco fundido em uma temperatura mantida entre 445°C-465°C, onde haverá a reação do ferro com o zinco fundido, formando as camadas intermetálicas que irão compor o revestimento. Temperaturas superiores a 470°C intensificam as reações entre o aço e o zinco, gerando mais intermetálicos, com o risco de ocasionar ataque excessivo às paredes da cuba de galvanização, interferência na aderência da camada, perdas devido à formação de borras na superfície e maior consumo de energia (DA CUNHA, 2021).

A camada de zinco que surge nos revestimentos de aço galvanizado por imersão à quente é composta por fases intermetálicas intermediárias com teores distintos de ferro e zinco diferente em cada uma delas, sendo respectivamente: fase Gama (Γ) 75% Zn- 25%Fe, fase Delta (δ) 90% Zn - 10% Fe, Zeta (ζ) 90% Zn - 10% Fe e Eta (η) 100% Zn, a figura 10 a seguir mostra o diagrama de fases Fe-Zn para elucidar as composições e temperaturas referentes a cada uma das fases citadas acima. A qualidade do revestimento, composição das fases e espessura dependerão do controle das reações entre o zinco e o ferro do aço, por meio

aço, sistema de saída da peça, velocidade da linha de galvanização e resfriamento do material (DA CUNHA, 2021).

Figura 10: Diagrama de fases Fe-Zn Fonte: Han et al., 2018

A variação do tempo de imersão ocorre entre 10 e 300 segundos, dependendo das características de cada peça a ser galvanizada. A composição química do banho e do material a ser galvanizado também deve ser controlada, pois afeta a reação entre o aço e o zinco. O material deve ser aquecido de forma rápida para que cesse o crescimento das camadas intermetálicas do revestimento.(DA CUNHA, 2021)

O aço galvanizado à quente é caracterizado por possuir uma alta diversificação de utilidade nos ambientes, e oferece resistência à corrosão que apresenta, em geral, ótima performance, resistindo por bastante tempo. A resistência do material que passa por este processo, vai depender diretamente do ambiente ao qual este estará exposto. Para uma estimativa de vida útil, as medições das taxas de consumo real de revestimento, durante os primeiros anos de utilização, podem fornecer dados de grande utilidade. À medida que os produtos de corrosão do zinco são depositados na superfície, que em grande parte são aderentes e levemente insolúveis, a taxa de corrosão tende a diminuir com o avanço do tempo (DA CUNHA, 2021).

O desempenho do aço galvanizado, quando exposto à atmosfera, dependerá de 5 fatores: temperatura, umidade, precipitação, concentração de dióxido de enxofre e salinidade do ar. O tempo para a primeira manutenção é definido a partir de 5% de presença de corrosão na superfície do aço base. Embora, com 95% de revestimento ainda intacto, a manutenção é recomendada para prolongar o tempo de vida útil da estrutura. A figura 11, representa um gráfico de estimativa de tempo para a primeira manutenção, observa-se que, mesmo em atmosferas industriais, aços galvanizados por imersão à quente, não é possível garantir o tempo de vida útil exato, esta informação depende da espessura do revestimento e da taxa de corrosão(DA CUNHA, 2021).

Figura 11: Estimativa de tempo de vida útil de materiais galvanizados.

Fonte: Adaptado de American Galvanizers Association. 2012.

2.5 C^ORROSÃO

Define-se corrosão como a deterioração de um material, na maioria dos casos de origem metálica, por ação química ou eletroquímica do meio ambiente utilizando ou não esforços mecânicos (GENTIL,1996). Quando ocorre a deterioração causada pela interação físico-química entre o material e seu meio operacional representa alterações nos materiais que não são desejados, sofridos pelo material, tais como desgaste, variações químicas ou modificações estruturais, tornando-o inacessível para o uso. A corrosão é um fenômeno caracterizado pela sua espontaneidade, desta forma, está constantemente expondo os materiais metálicos por um processo de transformação, de modo que a durabilidade e o desempenho dos mesmos deixam de ser úteis para os seus objetivos finais. Em aspectos gerais é imensurável a importância transcendental que este fenômeno tem no que se refere à modernidade presente nas práticas industriais de engenharia que são utilizadas, que não se pode prescindir dos metais e suas ligas. No que se refere às ligas metálicas, elas estão presentes nas estruturas metálicas enterradas ou submersas, tais como minerodutos, oleodutos, gasodutos, adutoras,

armazenamento de combustíveis, tais como: gasolina, álcool e óleo diesel e emissários de submarinos. Essas ligas abrangem-se por diversas indústrias, tais como a indústria de transportes e de telecomunicações (GENTIL,1996).

2.5.1 A^SPECTOSE^NERGÉTICOS

Vale destacar no contexto da corrosão a importância do ganho ou perda de energia durante o processo corrosivo e a obtenção de um metal na forma reduzida ou pura. Sabe-se que a obtenção de um metal se faz através da adição de uma certa quantidade de energia, que será obtida através de processos metalúrgicos que seguem a expressão a seguir:

Composto + Energia ⇄ Metal (1)

A figura 12 exemplifica a equação 1, uma vez que é possível perceber o ciclo reverso que há entre a metalurgia e a corrosão. Basicamente, a metalurgia, com o auxílio do ganho de energia, é responsável pela transformação do minério de ferro no metal, ao passo que, inversamente, o processo corrosivo, aliada à perda de energia, transforma este metal novamente em sua matéria prima, o minério de ferro.

Figura 12: Representação do Ciclo de Metais entre a Metalurgia e Corrosão.

Fonte: Vento - 2014

A Corrosão representa o processo inverso ao processo de obtenção metalúrgica. Como exemplos que caracterizam este consumo energético, podem-se citar os seguintes:

1- A redução térmica do minério de ferro que utiliza o consumo de carbono, sob a forma de carvão e de combustível, para que a temperatura de redução de 1600°C (aproximadamente), seja alcançada.

Fe₂O_3(s)+3C_(g)⇁ 2Fe_(s)+ 3CO_(g) (2) FeO_3(s)+3CO_(g)⇁ 2Fe_(s) + 3CO_{2 (g)} (3)

2 Redução Eletrolítica de Alumina, Al₂O₃, para a obtenção do alumínio utilizando-se a criolita, luoreto dealumínio e sódio, Na3AlF6, como eletrólito e fundente.

(4)

Além da energia que é requisitada para a transformação que conduz ao metal, uma parcela considerável de energia é perdida, tanto pelo processo de irradiação como pelo processo de convecção. Como resultado da própria obtenção, sabe-se que os metais em sua forma de maior refino, estão em um nível energético superior ao do composto do qual é originário. Exceto os metais nobres que são encontrados na natureza na forma metálica. Daí então, temos a razão termodinâmica da espontaneidade das reações de corrosão que transformam os metais novamente em compostos, num processo inverso ao metalúrgico. A energia liberada desta transformação é perdida para o meio ambiente (GENTIL, 1996).

Em contrapartida, para manter a proteção dos metais contra a corrosão em um nível satisfatório, há a necessidade de uma parcela adicional de energia, a qual pode ser aplicada de diversas formas, que vai depender da condição de emprego e obtenção do metal. Essa energia adicional pode ser exemplificada por revestimentos protetores, inibidores de corrosão, proteções catódicas e anódicas (GENTIL, 1996).

A oxidação e a redução são fenômenos que ocorrem simultaneamente, em reações nas quais existem a transferência de elétrons entre os átomos. Esse fenômeno também é conhecido como: oxirredução ou reações redox. A oxidação ocorre quando um elemento ou composto perde elétrons e o seu número de oxidação (Nox), aumenta, sendo este a carga elétrica que o elemento adquire quando faz uma ligação iônica ou o caráter parcial que ele adquire quando faz uma ligação predominantemente covalente. Já a redução ocorre quando o elemento ou composto ganha elétrons e o seu número de oxidação diminui (UFPR, 2019).

Para exemplificar estes conceitos, considera-se a formação do sal de cozinha (Cloreto de Sódio – NaCl), em que o sódio cede 1 elétron para o cloro, formando o cátion Na^+,, sofrendo oxidação, pois perdeu 1 elétron, e o seu Nox aumenta para +1. Simultaneamente, o cloro recebe 1 elétron formando o ânion cloreto (Cl^-), sofrendo redução, pois seu Nox passou de zero para -1. A equação 5 ilustra a reação de síntese química do Cloreto de Sódio a partir do sódio metálico e o gás cloro, demonstrando os fenômenos de oxidação e redução que ocorrem (UFPR, 2019):

2 Na⁰_(s) + 1 Cl₂⁰_(g) → 2 Na⁺¹Cl^-1_(s) (5)

Neste exemplo, o sódio é chamado de agente redutor, pois foi ele quem forneceu o elétron para o cloro, provocando a sua redução; já o cloro é o agente oxidante, pois ele é o responsável pela oxidação do sódio, recebendo o elétron dele.

2.5.3 POTENCIAL DEE^LETRODO

O potencial de eletrodo de uma espécie consiste na tendência desta mesma espécie em doar ou receber elétrons. Como essa grandeza depende da interação entre as espécies, ela não pode ser medida de maneira absoluta, então os valores convencionais utilizados são calculados em relação a um padrão, que é o potencial do eletrodo de hidrogênio (WOLYNEC, 2003). . Não é possível medir diretamente o potencial do eletrodo, uma vez que qualquer medida levaria ao fechamento do circuito com o eletrólito, introduzindo-se deste modo uma outra meia pilha. A figura 13 é um desenho esquemático de um eletrodo de H2, em uma solução aquosa de ácido sulfúrico 1,0 Molar (M) (PORTO EDITORA, 2014).

Figura 13: Esquema de um eletrodo de H_2.

Fonte: UFPR, 2019.

Um potencial de eletrodo padrão é constituído de um fio de platina, coberto com a própria platina, finamente dividida, que passa por um processo de adsorção quando em contato com grande quantidade de hidrogênio, agindo como se fosse um eletrodo de hidrogênio. O símbolo do potencial de eletrodo padrão é E°^,e o seu valor padrão para uma pilha de hidrogênio é zero. Usado em uma solução de 1 molar (M) na temperatura de 25°C. A figura 14 representa a disposição dos componentes para a medição do potencial de referência (UFRP, 2019):

Figura 14: Esquema de obtenção do potencial de referência padrão Fonte: UFPR, 2019.

A partir da análise do potencial do eletrodo, é possível obter uma série eletromotriz, que consiste numa série de elementos químicos dispostos por ordem dos seus potenciais de eletrodo. Visto que o eletrodo de hidrogênio é tomado como tendo potencial de eletrodo zero, os elementos que possuem maior tendência que o hidrogênio para perder elétrons para as suas soluções são considerados eletropositivos. Aqueles que ganham elétrons das suas soluções estão abaixo do hidrogênio na série e são designados eletronegativos. A série indica a ordem segundo a qual um metal desloca outro nos seus sais. Os metais eletropositivos deslocam o hidrogênio dos ácidos (PORTO EDITORA, 2014). A tabela 2 apresenta uma série Eletromotriz, com o potencial padrão de diferentes tipos de metais:

Tabela 2: Série Eletromotriz – Potencial padrão de Oxidação dos Metais

Fonte: UNIFOR (2019).

2.5.4 F^ORMAS C^ORROSIVAS

A corrosão ocorre de diversas formas, e seu conhecimento é fundamental para o estudo dos processos corrosivos. Os aspectos de corrosão podem ser apresentados levando-se em conta a aparência ou o modo de ataque e as diferentes causas de corrosão e os seus mecanismos. Desta maneira a corrosão pode se apresentar segundo: (GENTIL, 1996):

A morfologia: No que diz respeito à morfologia, a corrosão pode ser classificada como uniforme,pitting, intergranular, transgranular, filiforme, empolamento pelo hidrogênio, em torno do cordão de solda.

As causas ou os mecanismos: Por aeração diferencial, eletrolítica ou por correntes de fuga, galvânica, associada a solicitações mecânicas (corrosão sob tensão fraturante), em torno de cordão de solda, seletiva (gratifica ou dezincificação), empolamento ou fragilização por hidrogênio. (GENTIL, 1996)

O meio corrosivo: Atmosférica, pelo solo, induzida pelos microrganismos, pela água do mar, por sais fundidos, etc.

A caracterização da forma de corrosão auxilia bastante no esclarecimento do mecanismo e na aplicação de medidas adequadas de proteção. A figura 15 exemplifica os diversos tipos de diferentes de corrosão que foram colocados acima:

Figura 15: Apresentação de formas corrosivas mais comuns.

Fonte: Gentil. 1996.

2.5.5 M^EIOSC^ORROSIVOS

É importante salientar a importância que representa a natureza do meio corrosivo que se encontra na imediata aproximação da superfície metálica. Assim, no caso de trocadores de calor, o meio corrosivo vai apresentar uma temperatura mais elevada na parte em contato imediato com a superfície metálica dos tubos. Tal fato, pode levar a uma decomposição, nesta região, dos produtos usados para tratamento de água, como no caso de polifosfatos que, por

elevação de temperatura, sofrem reversão para fosfatos, podendo ser depositados nos tubos, fosfato de cálcio. Outro fato que evidencia a importância do meio na imediata proximidade da superfície metálica, é o caso do crescimento do pite por ação auto catalítica. É evidente também, que no caso do material reagir com o meio corrosivo e formar uma película passivadora, essa irá influenciar na posterior ação corrosiva do meio (GENTIL, 1996).

2.5.5.1 A^TMOSFERA

A ação corrosiva da atmosfera é influenciada pela poeira, gases e umidade. A poeira existente na atmosfera, pode ser considerada mais corrosiva, ao levar-se em conta os seguintes fatores: a deposição de material não metálico, criando condições de aeração diferencial;

deposição de substâncias que retêm umidade; deposição de material metálico, criando pilhas de eletrodos diferentes, por exemplo, as atmosferas industriais apresentam partículas de carbono e compostos de carbono, óxidos metálicos, óxidos de enxofre e outros sais em suspensão. A combinação dessas substâncias com a umidade, inicia o processo corrosivo, formando pilhas galvânicas ou de aeração diferencial. Ou formam um eletrólito na superfície metálica (ENESSUL, 2019).

2.5.5.2 ÁGUASNATURAIS

Os materiais metálicos em contato com a água, estão propícios há a ocorrência do processo corrosivo, o qual vai depender de diversas substâncias que podem estar contaminando a água, que são os gases dissolvidos, os sais dissolvidos, a matéria orgânica de origem animal ou vegetal, bactérias e algas. Também devem-se ser levados em consideração, o ph da água, a velocidade de escoamento e a temperatura. Dentre os agentes corrosivos naturais, a água do mar é um dos mais energéticos, pois contendo concentrações elevadas de sais, funciona como um eletrólito forte, tornando viável um processo de corrosão eletroquímico rápido (ENESSUL, 2019).

2.5.5.3 SOLOS

O comportamento do solo como meio corrosivo deve ser considerado de grande importância, levando-se em consideração as enormes extensões de oleodutos, gasodutos, cabos telefônicos e tubulações de água que exigem um controle rigoroso de manutenção para evitar corrosão acelerada. A velocidade de corrosão no solo não é muito influenciada por pequenas variações na composição ou estrutura do aço. O que vai influenciar mais é a

condutividade elétrica, sais dissolvidos, umidade, corrente de fuga, pH e bactérias.

2.6 C^ORROSÃOG^ALVÂNICA

Tendo em consideração dois materiais metálicos, com diferentes potenciais, que estão em contato em presença de um eletrólito, ocorre uma diferença de potencial e a consequente transferência de elétrons. Desta forma tem-se a corrosão galvânica, que resulta do acoplamento de materiais metálicos dissimilares imersos em um eletrólito, causando uma transferência de carga elétrica de um para outro, por terem potenciais elétricos diferentes. Esta se caracteriza por ser um tipo de corrosão localizada, próxima à região de acoplamento, ocasionando profundas perfurações no material metálico que funciona como anodo. Quando diversos materiais metálicos de potenciais elétricos diferentes estão em contato, a corrosão do material metálico que funciona como anodo é muito mais proeminente que a corrosão isolada desse material sob a ação do mesmo meio corrosivo. A corrosão do material que funciona como catodo é muito mais baixa e acentuadamente menor do que a que ocorre quando o material sofre corrosão isolada (GENTIL, 1996).

2.6.1 CONSIDERAÇÕESGERAIS - MECANISMOS

A corrosão galvânica ocorre quando se tem um metal colocado em uma solução contendo íons, facilmente redutíveis, de um metal que seja catódico em relação ao primeiro.

A corrosão galvânica ocorre quando se tem um metal colocado em uma solução contendo íons, facilmente redutíveis, de um metal que seja catódico em relação ao primeiro.