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Proteção catódica
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Ânodos de sacrifício de alumínio (barras retangulares de cor clara) montados sobre uma estrutura de camisas de aço
A Proteção Catódica é uma técnica usada para controlar a corrosão de uma superfície metálica, tornando-a o cátodo de uma célula eletroquímica.[1] Um método simples de proteção conecta o metal a ser protegido a um "metal de sacrifício" mais facilmente corrosível para atuar como o ânodo. O metal de sacrifício então é corroído no lugar do metal a ser protegido. Para estruturas como tubulações longas, onde a proteção catódica galvânica passiva não é adequada, uma fonte de energia elétrica de CC externa é utilizada para fornecer corrente suficiente.
Os sistemas de proteção catódica protegem uma ampla gama de estruturas metálicas em vários ambientes. As aplicações comuns são: tubulações de aço para água ou combustível e tanques de aço, como aquecedores de água domésticos; pilares de cais de aço; cascos de navios e barcos; plataformas de petróleo offshore e camisas metálicas de poços de petróleo terrestre; fundações eólicas offshore e barras de reforço metálico em edifícios e estruturas de concreto. Outra aplicação comum é em aço galvanizado, em que um revestimento sacrificial de zinco em peças de aço protege-os da ferrugem.
A proteção catódica pode, em alguns casos, evitar a fadiga de corrosão por esforço.
História
A proteção catódica foi descrita primeiramente por Sir Humphry Davy em uma série dos papéis apresentados à sociedade real em Londres em 1824. A primeira aplicação foi ao HMS Samarang em 1824. Os ânodos de sacrifício feitos de ferro ligados ao casco de cobre colocados abaixo da linha d'água reduziram dramaticamente a taxa de corrosão do cobre. No entanto, um efeito colateral da proteção catódica foi aumentar o crescimento marinho. O cobre, quando em processo de corrosão, liberta íons de cobre que têm um efeito anti-incrustante. Como o excesso de crescimento marinho afetou o desempenho do navio, a Marinha Real decidiu que era melhor permitir que o cobre corroesse e tivesse o benefício de redução do crescimento marinho, de modo que a proteção catódica não mais foi utilizada.
Davy foi ajudado em seus experimentos por seu pupilo Michael Faraday, que continuou sua pesquisa após a morte de Davy. Em 1834, Faraday descobriu a ligação quantitativa entre a perda de peso da corrosão e a corrente elétrica e desse modo lançou os fundamentos para a aplicação futura da proteção catódica.
Thomas Edison experimentou com a proteção catódica com corrente impressa em navios em 1890, mas foi mal sucedido devido à falta de uma fonte de corrente apropriada e de materiais de ânodo. Levaria 100 anos após a experiência de Davy para que a proteção catódica fosse amplamente utilizada em oleodutos nos Estados Unidos - proteção catódica foi aplicada a gasodutos de aço a partir de 1928 e mais amplamente na década de 1930
Galvânica Ânodo de sacrifício galvânico ligado ao casco de um navio, apresentando corrosão
Na aplicação de proteção catódica passiva, um ânodo galvânico, um pedaço de um metal mais eletroquimicamente "ativo", é ligado à superfície de metal vulnerável aonde este está exposto a um eletrólito. Os ânodos galvânicos são selecionados porque têm uma tensão mais "ativa" (potencial de eletrodo mais negativo) do que o metal da estrutura alvo (tipicamente aço). Para uma proteção catódica eficaz, o potencial da superfície de aço é polarizado (alterado) mais negativamente até que a superfície tenha um potencial uniforme. Nesta fase, a força motriz para a reação de corrosão na superfície protegida é removida. O ânodo galvânico continua a ser corroído, tendo o seu material consumido até que eventualmente ele deva ser substituído. Existem estudos e estimativas para o grau de perda de material em peso de acordo com a corrente fornecida e o material usado no ânodo.
A polarização da estrutura alvo é causada pelo fluxo de elétrons fluindo do ânodo para o cátodo, portanto os dois metais devem ter um bom contato elétrico. A força motriz para a corrente de proteção catódica é a diferença no potencial do eletrodo entre o ânodo e o cátodo.
Os ânodos galvânicos ou de sacrifício são feitos em várias formas e tamanhos usando ligas de zinco, magnésio e alumínio. ASTM International publica normas sobre a composição e fabricação de ânodos galvânicos.
Para que a proteção catódica galvânica funcione, o ânodo deve possuir um potencial de eletrodo inferior (isto é, mais negativo) do que o do cátodo (a estrutura alvo a proteger). A tabela abaixo mostra uma série galvânica simplificada que é usada para selecionar o metal anódico. O ânodo deve ser escolhido a partir de um material que seja mais negativo na lista do que o material a ser protegido
