A eficiência da galvanização a fogo no aumento da vida útil dos tubos

Ricardo Suplicy Goes
Gerente Executivo do ICZ – Instituto de Metais não Ferrosos

PARTE 2

Ressaltamos que para cada tipo de galvanização tem suas aplicações específicas, porém quando o objetivo é obter-se a maior vida útil possível, considerando a categoria de corrosividade do ambiente em que a peça está inserida, recomenda-se o processo da galvanização por imersão a quente geral, pela maior espessura de zinco obtida.

Com relação à aplicação em tubos, é importante conhecer os processos de fabricação dos mesmos, pois influenciarão diretamente na vida útil definida em projeto.

Fabricação dos tubos

Sem costura

Os tubos sem costura são fabricados por três tipos de processos industriais – laminação (para os de grandes diâmetros), extrusão (para aqueles com pequenos diâmetros) e processo de fundição.

Com costura

Usando uma ferramenta chamada “calandra” que dobra a chapa de aço em torno de si mesma e as extremidades são soldadas.

Existem duas formas de aplicar o processo de solda na fabricação de tubos industriais: longitudinal (ao longo de uma geratriz do tubo e a mais empregada na maioria dos casos) e espiral.

Como a galvanização por imersão a quente geral aumenta a vida útil do aço

Ela oferece dupla proteção: Barreira e Catódica.

Proteção por Barreira

A aplicação do revestimento de zinco, formando a barreira, em uma galvanização por batelada envolve a imersão de aço em um banho de zinco fundido. Porém, ao contrário do processo contínuo, em que o aço é imerso por um breve período de tempo, o processo por batelada requer que a peça seja imersão por períodos de tempo bem maiores, medidos normalmente em minutos, não em segundos. Há duas razões para a necessidade de períodos de imersão mais longos. Uma delas é permitir que a peça alcance a temperatura do banho. A imersão de um tubo grande com paredes grossas relativamente frias, por exemplo, resulta em uma película de zinco com temperatura de superfície muito baixa ao ser imersa. Para que o revestimento se una metalurgicamente ao aço, o tubo precisa alcançar a temperatura de banho para “derreter” o zinco. Depois, é necessário um tempo adicional para desenvolver a zona de ligação da liga de ferro/zinco.

Ao contrário do processo contínuo, onde a camada de liga tem que ser mantida muito fina para acomodar a conformação subsequente na forma final, no caso de peças galvanizadas por batelada, a camada da liga pode ser mais espessa. Na realidade, uma camada de liga mais espessa é normalmente desejada para proporcionar um tempo de vida mais longo ao produto final, isto é, um tempo maior antes do aparecimento de ferrugem. Como o próprio zinco, a camada de liga protege galvanicamente a peça de aço e uma camada de liga mais espessa significa uma vida mais longa.

Uma micrografia representativa da camada de liga que se forma enquanto o aço é imerso no banho é mostrada na Figura 04. Como pode ser visto nesta foto, a camada de liga é quase 50% da espessura do revestimento total, que na verdade consiste de duas ou mais camadas de zinco/ferro. Cada uma dessas camadas distintas se combina para formar a zona de camada de liga “total”. As camadas intermetálicas das ligas Zn/Fe são mais rígidas que as de aço, conforme a denominação da “Dureza” VICKERS. Este fato oferece maior proteção ao substrato do aço em possíveis danificações nestas regiões.

Proteção Catódica

Além da proteção mecânica (barreira) o principal motivo de se utilizar o zinco neste processo é a proteção catódica sobre a peça. Como vimos na definição do processo, o zinco tem um potencial de redução menor que o de ferro, mais anódico. Por isto o zinco sofre corrosão preferencialmente ao aço, sacrificando-se para proteger o ferro. Este processo aumenta a proteção em casos de o revestimento sofrer danos que provoque cavidades (riscos) na camada de zinco. Os sais de zinco, formados na corrosão do zinco, por serem aderentes e insolúveis, se depositam sobre a superfície exposta do aço, isolando-o novamente do meio ambiente. Este processo assemelha-se a uma “cicatrização”, popularmente mencionada pelos galvanizadores. Porém observamos que este processo ocorre quando o revestimento sem zinco ou danificado sejam em áreas menores ou iguais a 8 mm2.

Veja a ilustração na figura 05 abaixo:

Entre o zinco e a tinta ocorre o fenômeno denominado Sinergismo, que é a ação cooperativa de duas ou mais substâncias, de modo que o efeito resultante é maior que a soma dos efeitos individuais destas.

Assim a durabilidade do Sistema Duplex é determinada pela seguinte fórmula:

DSD = K ( DG + DP ), onde:

DSD: Durabilidade do Sistema Duplex;

K:      Coeficiente de Sinergia (depende do ambiente e do sistema de pintura)

DG:   Durabilidade da Galvanização a fogo (determinada pela espessura do zinco);

DP:    Durabilidade da Pintura (determinada pela resistência interna da película de tinta e aderência ao substrato).

FATORES SINÉRGICOS “K” (Exemplos)

AMBIENTES                                                                               FATOR

Ambiente de baixa agressividade 2,0 a 2,7

Industrial e Marinho                                                                             1,8 a 2,0

Água do mar (imerso)                                                                          1,5 a 1,6

EXEMPLO: (valores estimados para ambiente C3)

AÇO PINTADO – 10 anos

AÇO GALVANIZADO – 45 anos

AÇO GALVANIZADO e PINTADO = (10+45) x 2,0= 110 anos de vida útil.

Os principais usos/aplicações, algumas normatizadas, são os seguintes:

• Armazenagem (silos, tanques)
• Energia Solar e Eólica
• Iluminação (postes)
• Mobiliário Urbano
• Defensas metálicas (guard rail)
• Pórticos em rodovias / ferrovias
• Estruturas Metálicas (em todo sistema de transporte, aparelhos de ginástica)
• Telecomunicações (torres)
• Eletrificações (torres)
• Construção Civil (vergalhão galvanizado, perfis em aço)
• Pontes e Viadutos (metálicas e de concreto)
• Passarelas
• Tuneis
• Elementos de fixação (parafusos, porcas, arruelas)
• Agropecuária (pivôs de irrigação)
• Tubulações

Exemplo de uso no Brasil de tubos galvanizados por imersão a quente:

Adutora emergencial

galvanizada, aérea e unida por acoplamentos mecânicos.

Local: Cidade de Siriji, PE.

Dimensões:

Diâmetros de 419mm, 521mm e 622mm com espessuras de 3,00mm, 3,00mm e 4,75mm respectivamente.

Especificada conforme a norma ABNT-NBR 6323, com a camada média da galvanização de 70µm.

Figura 06: Adutora galvanizada por imersão a quente

Influência do pH no grau de agressividade do ambiente

Influência do pH

Zinco é um metal anfótero ( ou anfotérico – substância que pode se comportar como um ácido ou como uma base ), que significa que é solúvel em ácido (pH baixo) e também em águas de alcalinidade elevada (pH elevado).

Portanto não há praticamente perda de massa de zinco com pH entre 5,5 a 12,5.

Fatores como umidade, agitação, sólidos suspensos, água mole ou dura e a temperatura, todos afetam a formação da pátina ZnCO3 protetora. O zinco requer a exposição ao ambiente para a formação da película protetora por barreira, o ZnCO3.

O nível de acidez da água resulta da quantidade de dióxido de carbono dissolvido absorvido da atmosfera.

Água incrustante (água dura)

Águas duras são incrustantes, pois o grau de pureza reduz as características de incrustação.

Incrustação:

Relação entre as quantidades de cálcio (Ca), magnésio (Mg), sulfatos (SO3), carbonatos (CO4–), bicarbonatos, dióxido de carbono (CO2), temperaturas e total de sólidos dissolvidos (TDS) na água.

O aço galvanizado tem uma boa performance em águas duras.

Água mole

Contém menos do que 50 mg/l de carbonato de cálcio (CACO3) e ocorre a menor performance do aço galvanizado. Existe um Índice, denominado Langelier (LI) de escala de durezas da água indica que:

LI>2 = água altamente incrustante

LI<0 = água não incrustante

Temperatura

As reações químicas são aceleradas geralmente por aumento da temperatura (o dobro a cada 10°C)

Tubos em aço galvanizado por imersão a quente são utilizados para fontes de água quente contanto que a temperatura não exceda 65ºC.

Pressão

A pressão da água por si só não é um fator principal na corrosão do zinco. (influência indireta, tal como o aumento do oxigênio retido na água em temperaturas baixas).

Como especificar a galvanização por imersão a quente

Notamos que é importante ter conhecimento das características do aço a ser galvanizado quanto ao fato de ser reativo ou não.

Aço não Reativo

Formação das camadas intermetálicas de Zn Fe e na superfície uma camada de Zinco puro, com aparência brilhante.

Aço Reativo

Formação somente da camada intermetálica de Zn Fe espessa e frágil, com aparência cinza fosca, de crescimento rápido.

Se um revestimento de espessura maior que o especificado for solicitado para um determinado projeto, é necessário que o silício do aço seja requisitado na faixa de 0,15 a 0,25% ou o fósforo menor que 0,04% no processo da fabricação, se não haverá uma formação de rugosidade na peça ou um súbito crescimento da camada de zinco, ocasionando o desplacamento da mesma do substrato do aço. Este processo é denominado Efeito Sandelin, que ocorre quando o silício do aço se encontra abaixo de 0,15% ou acima de 0,25%.

Naturalmente recomenda-se a utilização das normas relacionadas ao processo. Destacamos abaixo as principais a serem utilizadas.

• ABNT NBR 6323:2016 Galvanização de Produtos de Aço ou Ferro Fundido-Especificação.
• ABNT NBR 7397: Produto de aço ou ferro fundido revestido de zinco por imersão a quente – Determinação da massa do revestimento por unidade de área – Método de ensaio.
• ABNT NBR 7398: – Produto de aço ou ferro fundido galvanizado por imersão a quente – Verificação da aderência do revestimento – Método de ensaio.
• ABNT NBR 7399: – Produto de aço ou ferro fundido galvanizado por imersão a quente Verificação da espessura do revestimento por processo não destrutivo – Método de ensaio.
• ABNT NBR 7400: – Galvanização de produtos de aço ou ferro fundido por imersão a quente – Verificação da uniformidade do revestimento – Método de ensaio.
• ABNT NBR 7414: Galvanização de Produtos de Aço ou Ferro Fundido por imersão a quente – Terminologia.

Sistema duplex: Aço galvanizado pintado

• ABNT NBR 9209 – Preparação de superfícies para pintura – Processo de fosfatização – Procedimento (para aços carbono e aços galvanizados).
• ABNT NBR 10253 – Preparo de superfície de aço carbono zincado para aplicação de sistemas de pintura – Procedimento.
• ABNT NBR 11297 – Execução de sistema de pintura para estruturas e equipamentos de aço carbono zincado – Procedimento.
• PETROBRAS N – 1021 F – Pintura de Aço Galvanizado, Aço Inoxidável, Ferro Fundido, Ligas não Ferrosas, Materiais Compósitos Poliméricos e Termoplásticos.

Barras de aço para concreto armado

• ABNT NBR 16300:2016 Galvanização por imersão a quente de barras de aço para armadura de concreto armado – Requisitos e métodos de ensaio.

Normalização para Tubos

• ABNT NBR 5580:2015 – Tubos de aço carbono para usos comuns na condução de fluidos – Especificação.
• ABNT NBR 5590:2015 VC2017 – Tubos de aço carbono com ou sem solda longitudinal, pretos ou galvanizados – Especificação.
• ABNT NBR 5597:2013 – Eletroduto de aço carbono e acessórios, com revestimento protetor e rosca NPT – Requisitos.
• ABNT NBR 5598:2013 – Eletroduto de aço carbono e acessórios, com revestimento protetor e rosca BSP – Requisitos.
• ABNT NBR 6591:2008 – Tubos de aço-carbono com solda longitudinal de seção circular, quadrada, retangular e especial para fins industriais – Especificação
• ABNT NBR 7008: 2012 – Parte 1 Chapas e bobinas de aço revestidas com zinco ou liga zinco-ferro pelo processo contínuo de imersão a quente Parte 1: Requisitos
• ABNT NBR 8261 – Tubos de aço-carbono, formado a frio, com e sem solda, de seção circular, quadrada ou retangular para usos estruturais
• ASTM A500 – Standard Specification for Cold-Formed Welded and Seamless Carbon Steel Structural Tubing in Rounds and Shapes
• BS 1387 (EN 10255 – DIN 2440 – NBR 5580) – Specification for screwed and socketed steel tubes and tubulars and for plain end steel tubes suitable for welding or for screwing to BS 21 pipe threads.
• ASTM A53 (NBR 5590) – Standard Specification for Pipe, Steel, Black and Hot-Dipped, Zinc-Coated, Welded and seamless.
• BS-EN-12502-3 – Protection of metallic materials against corrosion. Guidance on the assessment of corrosion likelihood in water distribution and storage systems. Influencing factors for hot dip galvanised ferrous materials

Custos

Atualmente os custos da Galvanização por imersão a quente são competitivos, quando comparados com outras tecnologias de proteção ao aço contra a corrosão.

É prudente que a avaliação dos custos seja baseada na vida útil especificada no projeto e não somete no custo inicial pois pode resultar em um custo recorrente, manutenção, mais alto e assim onerar o projeto ao longo do ciclo de vida útil do mesmo, conforme ilustrado na figura 07.

Figura 07: Custo inicial x recorrente

Concluindo, resumimos em 10 pontos, listados abaixo, para se utilizar o processo da galvanização por imersão a quente visando o aumento da visa útil do aço.

1. Custo Extremamente Competitivo;
2. Menor Custo de Manutenção;
3. Durabilidade;
4. Confiabilidade;
5. Rapidez do Processo;
6. Resistência do Revestimento;
7. Cobertura Completa e Uniforme;
8. Proteção Dupla do Aço Galvanizado;
9. Facilidade de Inspeção;
10. Extrema Versatilidade de Aplicações.

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