Corrosão em água doce e industrial – corrosão de metais e aço em instalações hidráulicas

A corrosão em água doce e água industrial abrange a degradação de metais e ligas em contato com água potável, água superficial, água subterrânea, água de processo, água de resfriamento, água de circulação e outros tipos de água utilizados em instalações industriais. O termo "água" não descreve um único ambiente corrosivo. As propriedades da água podem variar significativamente em termos de teor de cloreto e outros sais, pH, dureza, alcalinidade, condutividade, teor de oxigênio, temperatura, presença de sedimentos, microrganismos e aditivos químicos.
O mesmo material pode, portanto, apresentar excelente durabilidade em um sistema de água, mas ser suscetível à corrosão por pites, frestas, galvânica, microbiológica (MIC) ou erosão em outro. A seleção correta do material deve ser baseada em uma análise da composição real da água e das condições de operação, e não apenas na designação "água doce" ou "água industrial".

Por que a água corrói os metais?

A água contendo íons dissolvidos pode atuar como eletrólito, permitindo que reações eletroquímicas ocorram na superfície do metal. Regiões anódicas podem se formar na superfície, onde o metal se oxida, e regiões catódicas, onde ocorrem reações de redução.
O curso do processo depende, entre outros fatores, da composição química da água, da condutividade, do pH, do teor de oxigênio e da temperatura. As condições hidrodinâmicas também são importantes. A água estagnada pode promover a formação de sedimentos, biofilme e diferenças locais na oxigenação, enquanto a alta velocidade do fluxo, a turbulência ou a presença de partículas sólidas podem, sob certas condições, aumentar a severidade da erosão e da corrosão erosiva.

Os parâmetros da água mais importantes que influenciam a corrosão

Água doce não significa água não corrosiva.

A água doce tem um teor de sal dissolvido significativamente menor do que a água do mar, mas ainda assim pode corroer metais. A água superficial, a água subterrânea e a água da torneira diferem na composição mineral, no teor de oxigênio, nos cloretos, sulfatos, bicarbonatos e substâncias orgânicas.
Água com baixa mineralização pode se comportar de maneira diferente da água dura e altamente alcalina sob certas condições. Mesmo um teor moderado de cloreto pode se tornar um problema significativo para o aço inoxidável em temperaturas elevadas, na presença de frestas, depósitos ou durante períodos prolongados de estagnação.

Água industrial – um ambiente dependente do processo

O termo "água industrial" abrange um grupo muito amplo de meios. Pode incluir água bruta, água tratada, água de processo, água de resfriamento, água de circulação, água de enxágue, condensado ou água com composição intencionalmente modificada com inibidores, biocidas, agentes de ajuste de pH e outros aditivos tecnológicos.
Em sistemas fechados, a composição da água pode mudar ao longo do tempo. A evaporação de parte da água pode levar à concentração de sais dissolvidos, e os processos tecnológicos podem introduzir contaminantes adicionais. Por esse motivo, a análise de uma amostra de água de alimentação nem sempre é suficiente para avaliar o ambiente real presente na superfície do material durante a operação.

Efeito dos cloretos no aço inoxidável

Os cloretos estão entre os fatores mais importantes que limitam o uso do aço inoxidável em sistemas de água. Eles podem desestabilizar localmente a camada passiva e iniciar a corrosão por pite. Condições propícias à corrosão em frestas podem se desenvolver em frestas, sob vedações e em depósitos.
Não existe uma concentração única e universal de cloreto abaixo da qual qualquer tipo de aço inoxidável seja seguro, e acima da qual a corrosão sempre ocorrerá. O risco depende da temperatura, do pH, do potencial eletroquímico, da oxigenação, da condição da superfície, do tempo de exposição, da presença de frestas e depósitos e da composição do material.
Por essa razão, afirmações como "o aço 316L é resistente a uma certa quantidade de cloretos em mg/l", sem especificar as demais condições, devem ser tratadas com muita cautela.

Temperatura da água e corrosão

A temperatura influencia a velocidade das reações eletroquímicas, a solubilidade dos gases, a formação de precipitados e a estabilidade da camada passiva. Para aços inoxidáveis, o aumento da temperatura em um ambiente com cloretos pode aumentar significativamente o risco de corrosão por pite e por frestas.
Portanto, um material adequado para água fria contendo uma certa quantidade de cloretos pode não ser necessariamente adequado para a mesma água após o aquecimento. Trocadores de calor, aquecedores de água, sistemas de água quente e superfícies onde a temperatura do metal é superior à do fluido principal requerem atenção especial.
As comparações laboratoriais da resistência dos materiais à iniciação da corrosão localizada incluem a temperatura crítica de corrosão por pite (CPT) e a temperatura crítica de corrosão em fresta (CCT). Esses valores dependem do método de ensaio utilizado e não representam diretamente as temperaturas máximas de operação do material em qualquer tipo de água.

Corrosão por pite em instalações hidráulicas

A corrosão por pite é particularmente perigosa porque pode levar à penetração profunda do material com pouca perda de massa total. Pequenos pontos de ataque isolados podem aparecer na superfície do componente, enquanto pites profundos se desenvolvem no interior do material.
Em tubulações ou tanques de paredes finas, a corrosão por pites pode levar à perfuração e vazamento. Esse risco aumenta devido a fatores como cloretos, temperaturas elevadas, condições superficiais desfavoráveis, depósitos e alterações locais nas condições eletroquímicas.

Corrosão por frestas sob selos e depósitos

Juntas flangeadas, vedações, roscas, sobreposições e depósitos criam áreas de troca limitada de água com o fluxo principal. Uma vez iniciados os processos eletroquímicos, a composição da solução dentro da fratura pode gradualmente diferir da composição da água fora da fratura.
O consumo de oxigênio, a migração de íons e a hidrólise dos produtos de corrosão podem levar à acidificação do meio local e ao aumento da concentração de cloreto. Como resultado, a camada passiva pode ser desestabilizada mesmo quando a água em si não se mostra particularmente agressiva.

Acúmulo de água e trechos mortos da instalação

Seções mortas, galhos não utilizados e períodos prolongados de inatividade do sistema podem criar condições diferentes daquelas encontradas durante o fluxo normal. A água parada pode alterar os níveis de oxigênio, desenvolver biofilme e causar a formação de sedimentos.
Isso não significa que toda estagnação cause corrosão automaticamente. O risco depende do material e da composição da água, mas projetar sistemas para minimizar zonas mortas desnecessárias é um elemento importante na prevenção da corrosão e na promoção da higiene.

Sedimentos e corrosão subsedimentar

Produtos de corrosão, incrustações, partículas minerais, subprodutos do processo e contaminantes biológicos podem se depositar na superfície do metal. Abaixo da camada de depósito, a troca de oxigênio e substâncias dissolvidas com o fluxo principal de água é limitada.
Isso pode levar à criação de um microambiente local com pH, oxigenação e composição iônica diferentes. No caso de aços inoxidáveis, tais condições podem aumentar o risco de corrosão por frestas ou outras formas de ataque localizado. Os depósitos também podem dificultar a inspeção da superfície e ocultar danos em desenvolvimento.

Corrosão microbiológica (MIC) em instalações hidráulicas

Águas naturais e muitas águas industriais contêm microrganismos capazes de colonizar as superfícies do sistema. O biofilme resultante pode alterar a concentração local de oxigênio, o pH, a composição química e as condições eletroquímicas na interface metal-água.
O processo conhecido como MIC – Corrosão Influenciada Microbiologicamente – não é um mecanismo único e simples causado por uma única espécie bacteriana. Trata-se de um conjunto de fenômenos nos quais a atividade de microrganismos influencia os processos de corrosão.
O risco de MIC pode aumentar em áreas de baixo fluxo, sob sedimentos, durante longos períodos de inatividade e em instalações onde as condições permitem o desenvolvimento de biofilme.

Agentes desinfetantes e oxidantes

Diversos métodos são utilizados para controlar o crescimento microbiano em sistemas de água, incluindo agentes oxidantes. Cloro, hipocloritos, dióxido de cloro, ozônio e outros desinfetantes podem alterar o potencial eletroquímico de superfícies metálicas.
O efeito desses agentes na corrosão depende do tipo de agente, da concentração, da temperatura, do pH, do tempo de contato e do material. Portanto, não se pode presumir que a desinfecção sempre reduza a corrosão pela remoção do biofilme. Em certas condições, um ambiente altamente oxidante pode aumentar a suscetibilidade de alguns aços inoxidáveis ​​à corrosão localizada.

Corrosão galvânica em instalações hidráulicas

A combinação de metais diferentes em um sistema pode criar uma célula galvânica se os materiais estiverem em contato elétrico e conectados simultaneamente por um meio condutor. A água contendo sais dissolvidos pode atuar como eletrólito.

A posição dos materiais na série galvânica em um determinado ambiente e a proporção entre suas superfícies são importantes. Uma pequena área superficial do material do ânodo combinada com uma grande área superficial do material mais nobre pode ser particularmente desfavorável.
Portanto, ao projetar uma instalação, é necessário analisar não apenas tubulações e tanques, mas também válvulas, bombas, trocadores de calor, fixadores, aglutinantes e outros materiais em contato com o mesmo fluido.

Fluxo, erosão e corrosão por erosão

O fluxo de água influencia o transporte de oxigênio e substâncias químicas para a superfície e a remoção dos produtos da reação. Um fluxo moderado pode limitar a deposição de contaminantes e o desenvolvimento de algumas condições propícias à corrosão sob o depósito.
Em altas velocidades, forte turbulência, mudanças na direção do fluxo ou presença de partículas sólidas, podem ocorrer tensões mecânicas intensas na superfície. Se o processo de degradação mecânica interagir com o processo eletroquímico, pode ocorrer corrosão por erosão.
Cotovelos, redutores, válvulas, rotores de bombas, áreas de entrada e saída e outros locais onde ocorrem perturbações localizadas no fluxo podem ser particularmente vulneráveis.

Água de refrigeração e circuitos de refrigeração

Os sistemas de refrigeração estão entre os sistemas de água mais exigentes, pois a composição do fluido pode mudar durante a operação. Em sistemas de recirculação abertos, a evaporação de parte da água leva à concentração de sais dissolvidos. Ao mesmo tempo, a temperatura, o acesso ao oxigênio e o crescimento microbiano podem promover a corrosão e a formação de depósitos.
O monitoramento da água de resfriamento pode incluir o ajuste do pH, o ajuste da concentração de sal e a dosagem de inibidores de corrosão, inibidores de incrustação e biocidas. O programa de tratamento deve ser adaptado aos materiais utilizados em todo o sistema.

Água desmineralizada e água de alta pureza

Um baixo teor de sal dissolvido significa baixa condutividade elétrica, mas isso não significa automaticamente que a água de alta pureza seja completamente resistente à corrosão. O comportamento do material também depende do oxigênio dissolvido, do dióxido de carbono, da temperatura, da vazão, da limpeza do sistema e da possibilidade de contaminação secundária da água.
Em sistemas que exigem altíssima pureza do fluido, não apenas a taxa de corrosão é importante, mas também o potencial de liberação de íons metálicos e produtos de superfície na água. Portanto, os requisitos de materiais em sistemas farmacêuticos, de semicondutores ou de energia podem ser muito mais rigorosos do que em sistemas de água convencionais.

Aço carbono em instalações hidráulicas

O aço carbono é amplamente utilizado em sistemas de água, mas, sem condições operacionais ou proteção adequadas, pode ficar suscetível à corrosão generalizada e localizada. A taxa de corrosão é influenciada por fatores como teor de oxigênio, pH, temperatura, composição iônica e vazão.
Dependendo da instalação, são utilizados tratamento de água, inibidores de corrosão, revestimentos protetores ou outros métodos para limitar o contato da superfície metálica ativa com o meio ambiente.

Aços inoxidáveis ​​em água doce e industrial

Os aços inoxidáveis ​​devem sua alta resistência a uma fina camada passiva formada em sua superfície devido à presença de cromo. Eles oferecem excelente durabilidade em muitos ambientes de água doce, mas a corrosão localizada pode ocorrer na presença de cloretos, frestas, sedimentos e temperaturas elevadas.
À medida que o ambiente agressivo se torna mais intenso, utilizam-se aços com maiores teores de cromo, molibdênio e nitrogênio. O índice PREN pode ser usado para comparações preliminares da resistência à corrosão por pite, enquanto os índices CPT e CCT permitem comparações da resistência ao início da corrosão por pite e por fresta, respectivamente, sob condições de teste específicas.

Seleção de aço inoxidável para instalações hidráulicas

A tabela apresenta características gerais dos grupos de materiais e não especifica concentrações de cloreto permitidas nem temperaturas máximas de operação. A seleção adequada requer a análise da composição real da água, temperatura, pH, oxigenação, vazão, método de desinfecção, presença de frestas e sedimentos, e condições de operação.

Por que não se deve selecionar o aço apenas com base na concentração de cloreto?

A concentração de cloreto é um parâmetro muito importante, mas não descreve todo o ambiente. O mesmo teor de Cl⁻ pode ser relativamente seguro para um determinado material em água fria e corrente com pH favorável, mas representar um risco muito maior em água quente, em uma fratura ou sob sedimentos.
O método de instalação também desempenha um papel importante. Descoloração da solda, contaminação da superfície, alta rugosidade e tratamento pós-soldagem inadequado podem reduzir localmente a resistência do aço inoxidável. Portanto, a análise química do material e da água, por si só, não substitui um projeto e uma construção adequados.

Como reduzir a corrosão em instalações hidráulicas?

• Analisar a composição química real da água, e não apenas sua origem.
• Controlar cloreto, pH, condutividade, temperatura e outros parâmetros importantes do processo.
• Reduzir zonas mortas e estagnação a longo prazo,
• Projete a instalação de forma a limitar frestas e locais onde os sedimentos se acumulam.
• Controle do biofilme e do risco de MIC (inibição microbiana da síntese de proteínas),
• Selecione a vazão adequada ao material e à estrutura.
• Evitar ligações galvânicas desfavoráveis ​​entre metais diferentes.
• Executar e limpar adequadamente as juntas soldadas,
• Levar em consideração a influência de desinfetantes, inibidores e outros aditivos químicos.
• Monitorar as alterações na composição da água durante a operação, especialmente em sistemas fechados e de recirculação.

Corrosão em água doce versus corrosão marinha

A diferença fundamental entre a água doce e a água do mar reside, entre outros fatores, no teor de sais dissolvidos. A água do mar contém uma concentração significativamente maior de cloretos e possui alta condutividade elétrica, o que a torna um ambiente particularmente desafiador para muitos metais e aços inoxidáveis.
Isso não significa, porém, que toda água doce seja um ambiente benigno. Água industrial quente contendo cloretos, agentes oxidantes, sedimentos e biofilme pode criar condições operacionais muito exigentes. Portanto, classificar um meio como "água doce" é apenas o começo da análise de corrosão.

A corrosão em água doce e água industrial depende de muitos parâmetros inter-relacionados. Os mais importantes são a composição iônica, cloretos, pH, temperatura, teor de oxigênio, condutividade, fluxo, sedimentos, microrganismos e aditivos químicos.
Diversas formas de corrosão podem se desenvolver em sistemas de água: corrosão generalizada, corrosão por pites, corrosão em frestas, corrosão galvânica, corrosão microbiana (MIC) e corrosão por erosão. Os aços inoxidáveis ​​oferecem excelente resistência em muitos tipos de água, mas não são completamente insensíveis a fatores ambientais, principalmente na presença de cloretos, altas temperaturas e frestas.
A seleção correta do material deve, portanto, levar em consideração todo o sistema: material – composição da água – temperatura – pH – cloretos – fluxo – sedimentos – microrganismos – construção – método de operação.

Tipos de corrosão do aço e dos metais

Corrosão uniforme do aço e dos metais
Corrosão por pite em aços inoxidáveis
Corrosão por frestas em aços inoxidáveis
Corrosão intergranular do aço inoxidável
Trincas por corrosão sob tensão (SCC)
Corrosão galvânica
corrosão erosiva
corrosão por cavitação
Fadiga por corrosão
corrosão por atrito
Corrosão microbiológica (MIC)
Corrosão em alta temperatura

Divisão da corrosão de acordo com o ambiente

Corrosão marinha – corrosão do aço e de outros metais em água do mar.
Korozja atmosferyczna
corrosão do solo
Corrosão em água doce e industrial
Corrosão em ambientes com cloreto
Corrosão em ambientes ácidos
Corrosão em ambientes alcalinos
Corrosão em gases e gases de escape
Corrosão em sistemas de esgoto e redes de esgoto
Corrosão em ambientes químicos e petroquímicos

Tópicos relacionados

CPT – temperatura crítica de corrosão por pite de aços inoxidáveis ​​e ligas de níquel
PREN – índice de resistência à corrosão por pite para aço inoxidável
CCT – Temperatura crítica de corrosão por frestas de aços inoxidáveis ​​e ligas de níquel