COMUNICAÇÃO TÉCNICA
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Nº 174248
Resolvendo problemas práticos com técnicas eletroquímica
Zehbour Panossian
Palestra apresentado no Seminário de Inovação Industrial em Eletroquímica, 2., 2016, São Paulo
A série “Comunicação Técnica” compreende trabalhos elaborados por técnicos do IPT, apresentados em eventos, publicados em revistas especializadas ou quando seu conteúdo apresentar relevância pública.
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Resolvendo problemas práticos com
técnicas eletroquímica
Zehbour (Zepir) Panossian Agosto de 2016
Conteúdo
•
Introdução
•
Monitoramento de corrosão de dutos
•
Calibração de sensores de corrosão por
ultrassom
•
Monitoramento de estruturas de concreto
•
Conclusão
•
A era industrial está caminhando para uma
mudança profunda.
•
Os
produtos
comercializados estão rapidamente
migrando para
serviços
: não se compra o produto,
mas sim o que o produto pode oferecer de maneira
contínua, sem falhar.
•
O prestador de “
serviço
” quer
evitar falhas em serviço,
especialmente aquelas acidentais
com consequências que
denigrem a sua imagem.
Introdução
•
Produtos de melhor
qualidade e com
mínimo de manutenção
estão sendo requeridos
cada vez mais!!!
Introdução
•
Monitoramento
está sendo e
será cada vez mais o grande
aliado para que um “
serviço
”
esteja sempre disponível com
mínimo de interrupção.
•
Para os
materiais metálicos
,
o monitoramento por meio de
técnicas eletroquímicas
é um
Monitoramento da corrosão em dutos
que transportam líquidos corrosivos
Monitoramento da corrosão de dutos
Duas técnicas podem ser utilizadas para monitorar a corrosão de
dutos:
Sonda de resistência
sensor constituído por uma pilha de lâminas metálicas muito finas ou vários cilindros muito finos concêntricos;
à medida que uma lâmina (ou cilindro) é corroído, ocorre o aumento da resistência elétrica do sensor, fato detectado e transformado em taxa de corrosão;
o metal tem a mesma composição química das paredes da tubos.
Sonda Rp de dois eletrodos:
duas barras do mesmo metal constituinte do duto;
Determina-se a resistência de polarização e estima-se a taxa de corrosão.
– Sonda Rp (taxa de corrosão determinada por resistência de polarização).
Monitoramento com sonda de resistência
Implantar sistema que detecte mudanças na corrosividade de
petróleo descarregado de navios e envie um
ALARME
para a
operação para orientar ações mitigadoras.
Qual usar? Sonda de resistência
ou polarização linear?
Monitoramento da corrosão de dutos
Objetivo
Monitoramento da corrosão de dutos
Ensaios loop de corrosão:
Ambos os sensores instalados.
Avaliação foi feita com dois tipos de fluidos:
alternando solução salina diluída e solução salina concentrada. Ambas de alta condutividade porém diferentes entre si;
Alternando petróleo e água produzida. Um isolante e outro condutor.
Água produzida: termo usado no setor de óleo e gás para denominação da água que é
Ensaio em cloreto de sódio
0,5 % e 5,0 %
Resposta melhor
da sonda de
polarização linear
Sonda de resistência Sonda de polarização linear
Ensaio em petróleo e água
produzida
Resposta melhor
da sonda de
resistência
Sonda de resistência Sonda de polarização linear
Monitoramento da corrosão de dutos
Recomendação de
instalação de sonda
de resistência com
sistema de alarme.
Calibração de sensores de
corrosão que usam outras
Calibração do equipamento Provus
Desenvolvido na POLI – Departamento
de Mecatrônica um equipamento de
ultrassom de alta sensibilidade capaz
de detectar perda de espessura de cerca
1 µm.
A grande vantagem da técnica de ultrassom
é ser não intrusiva (não é necessário entrar em contato com o fluido transportado).
O objetivo principal desse desenvolvimento é a monitoração de dutos imersos (mar), condição que apresenta dificuldades de instalação de sensores e em que as taxas de corrosão são relativamente elevadas:
Taxas superiores a 10 µm/mês são considerados críticos;
Taxas entre 2 µm/mês e 10 µm/mês, são considerados moderados.
Demonstrar que o equipamento desenvolvido é capaz de
detectar rapidamente e com confiabilidade valores baixos de
perda de espessura dentro da faixa considerada moderada
(perda de 2 µm em um mês).
Objetivo
Petróleo
Água de formação
Calibração do equipamento Provus
Provocar a corrosão forçada e controlada do aço-carbono:
aplicar uma corrente constante por períodos de tempo
pré-estabelecidos, medir a carga e determinar a perda de espessura
pela lei de Faraday.
Calibração do equipamento Provus
1 7
Tubo de aço-carbono pintado interna e externamente com exceção
de uma área pré-estabelecida;
Imersão em solução corrosiva (NaCl 3,5 %);
Aplicação de uma corrente conhecida por tempo determinado (a
corrente era variada sem o conhecimento dos pesquisadores que
faziam o tratamento de dados).
Resultados: excelentes!!!!!
Petróleo
Água de formação
Calibração do equipamento Provus
Corrente aplicada (mA/cm2)
Calculada a partir da corrente e tempo (Faraday) Calculada a partir dos dados de ultrassom
Per da de es pe ss ur a (µ m)
Calibração do equipamento Provus
Atualmente o
equipamento está
sendo comparado
com outras técnicas
(tecnologias
Monitoramento
de estruturas de
concreto.
Estudos de
validação no
IPT em curso
Monitoramento de estruturas de concreto
•
Manutenções cada vez mais caras e mais problemáticas.
•
A durabilidade sem manutenção de obras civis cada vez
mais necessárias. Vida útil de
100 anos
no exterior é
comum. Já há exigências de
50 anos
no Brasil.
•
Embutimento no concreto de cobrimento de sensores de
aquisição contínua de dados com transmissão (on line) ou
de medidas periódicas:
–
Potencial de circuito aberto;
–
Corrente galvânica;
–
Taxa de corrosão pelo método de resistência de polarização e
impedância eletroquímica;
–
Medida de resistividade do concreto (teor de umidade) e teor de
cloretos.
Monitoramento de estruturas de concreto
•
estruturas novas:
–
sensores são posicionados junto as armaduras antes
da concretagem;
•
como em estruturas existentes:
–
sensores introduzidos em furos realizados ao longo
da espessura do concreto de cobrimento da
armadura.
Amperímetro de resistência
nula Metais diferentes (AN e CAT)
ou
Mesmo metal: AC ativo e AC passivo
AN (anodo) – aço-carbono, pode ser a armadura CAT (catodo): aço inoxidável, Ti/MMO, Ti/Pt
1990
• Seis barras de aço-carbono; catodo de barra de Ti revestido com óxido de Pt; barra de aço soldado à armadura; caixa de medição.
Medição:
Potencial entre cada barra vs Ti/Pt e armadura vs Ti/Pt;
Corrente entre cada barra e Ti/Pt e armadura e Ti/Pt (após 5 s
e depois de 24 h).
Cl
- O2 Superfície do concreto H2O Ti/PtSensores galvânicos
Sensores galvânicos
Avaliação:
não é o valor absoluto da corrente que deve ser considerado, mas sim a variação de seus valores ao longo do tempo;
isso permite o uso de pseudo-referência. No caso de eletrodos de referência, os valores absolutos de potencial podem ser também usados como
indicativo de estado ativo e passivo;
fabricantes de sensores galvânicos normalmente relacionam valores limites a corrente galvânica vs estado ativo ou passivo de corrosão, com ressalvas.
Determinação da taxa de corrosão - RP
Quatro barras de aço
Eletrodo de referência de Ag/AgCl Contraeletrodo de aço inoxidável Potenciostato portátil
Calibração:
As medidas realizados logo após a
instalação deve fornecer taxas de corrosão semelhantes para as quatro barras e para a armadura. Como a área das barras é
conhecida, pode-se estimar a área “lida” da armadura.
Medição:
Taxa de corrosão das quatro barras e da armadura cuja área foi
estimada.
Avaliação
Variação das taxas de corrosão ou comparação com valores de
referência.
Guard-rings (p/ confinamento da corrente) Concreto Contato elétrico c/ armadura Contra eletrodo - CE Eletrodo de referência - ER (Mn/MnO2) Eletrodo de trabalho - ET armadura Supe rfíci e do c onc reto Se nsor
Técnica de resistência de polarização - 3 eletrodos
terminal de aquisição e armazenamento dos dados
c/ transmissão remota ou conexão com PC barra de aço inoxidável
Determinação da taxa de
Técnica de impedância eletroquímica - 2 eletrodos
Eletrodo de referência/contraeletrodo
Sensor
posicionado sobre a armadura antes da concretagem.
barra de aço-carbono
Na superfície do concreto:
terminal de aquisição e armazenamento dos dados c/
transmissão remota ou conexão com PC
Eletrodo de trabalho
barra de aço-carbono
Obras novas!
Determinação da taxa de corrosão - EIE
Conc re to de c obr im e nto da a rm a dur a
Impedância eletroquímica: monitoramento da
resistividade e do perfil de umidade do concreto de
cobrimento da armadura
Resistividade e sensor de umidadeAnéis de aço-inoxidável
Resistência AC (100 Hz a 1000 Hz)
entre 2 anéis adjacentes
Anéis de vedação
Perfil de umidade ou de resistividade
Perfil de umidade muito elevado, menor deve ser o ingresso de gases (O2 e CO2) e maior deve ser o ingresso de íons cloreto no concreto exposto ao ambiente marinho
Curvas de calibração
Eletrodo de temperatura
(embutido)
Resistividade estimada a geometria
