Diversos fatores devem ser analisados antes de se proceder à seleção do sistema de revestimento mais econômico, como:
Levando-se em conta esses cinco itens, verifica-se que o sistema de zincagem por imersão a quente muitas vezes é o mais econômico se comparado a outros processos de revestimento (eletrodeposição do zinco, metalização e pintura com tintas à base de zinco ou de outros pigmentos protetores contra a corrosão).
é possível fazer uma rápida comparação entre os sistemas de revestimento, examinando-se o custo inicial de aplicação do revestimento e o custo de manutenção do revestimento a ser realizada ao longo da vida útil do projeto. Existem sistemas que têm custo inicial menor, como alguns processos de pintura sem adequada limpeza do metal-base, que, no entanto, apresentam um custo de manutenção maior no futuro. O custo de manutenção pode ser mais ou menos elevado em função de fatores como localização da estrutura ou peça protegida, dificuldade de acesso e a suas várias partes, e ainda, exigências de desmontagem para a aplicação do tratamento de manutenção.
A avaliação dos custos deve ser cuidadosa, pois algumas informações são obtidas com precisão enquanto outras só podem ser estimadas de maneira aproximada.
Além dos custos, na seleção do melhor sistema de proteção, problemas de aparência, disponibilidade de mão-de-obra e de material, e disponibilidade de fornecedores de serviços de aplicação do revestimento também contam.
Para a maioria das estruturas e peças que precisam ser protegidas da corrosão, costuma-se dar preferência a um sistema que tenha o menor custo de manutenção possível, mesmo porque, com frequência, não há possibilidade de acesso para a realização da mesma.
Nesses e em muitos outros casos, o processo de zincagem por imersão a quente quase sempre é o escolhido.
Os custos da aplicação dos diversos sistemas de proteção devem ser calculados para que se possa compará-los e selecionar o mais adequado a cada estrutura ou peça. Para essa comparação o ICZ desenvolveu a ferramenta “Calculadora do custo do ciclo de vida”, onde são comparados os sistemas de proteção por galvanização e pinturas.
A zincagem por imersão a quente é um processo de revestimento de peças de aço ou ferro fundido, de qualquer tamanho, peso, forma e complexidade, visando sua proteção contra a corrosão.
Após o desengraxamento necessário para remover óleos e graxas, as peças são decapadas geralmente em ácido clorídrico ou sulfúrico. Os inibidores podem ser adicionados ao ácido, de maneira que se removam somente a ferrugem e as escamas (ou carepas) de óxidos e o metal-base seja pouco atacado. O jato abrasivo é muito usado na limpeza de peças fundidas e em peças de aço laminado, para eliminar salpicos de solda, ferrugem, carepas ou tinta, para tornar áspera a superfície da peça ou para melhorar a ancoragem. Nesse caso, apenas uma rápida decapagem é suficiente para remover os óxidos de ferro.
A função da fluxagem é remover qualquer impureza remanescente na superfície do metal-base, melhorar a molhabilidade pelo zinco fundido e evitar a oxidação das peças. Dois métodos de fluxagem são usados:
A escolha do método de fluxagem varia com o tipo de peça e com o zincador, mas não altera a espessura e o valor da proteção final.
Quando imersos na cuba de zincagem, o ferro e o aço são imediatamente molhados pelo zinco. Ao se retirar as peças do banho, uma quantidade de zinco fundido é arrastada sobre as camadas de liga e, ao se solidificar, transforma-se na camada externa de zinco praticamente puro. O resultado é um recobrimento formado por uma camada externa de zinco e várias camadas de ligas Fe-Zn que estão unidas metalurgicamente ao metal-base. A temperatura normal de zincagem é de 445º a 455°C; a velocidade da reação é muito rápida a princípio, formando-se durante esse período inicial a maior parte da espessura da camada. Em seguida, a reação passa a ser mais lenta e a espessura não aumenta muito, mesmo que a peça permaneça imersa por longo período.
Observando-se a micrografia do revestimento, ampliada 200 vezes, (ver figura ao lado) vêem-se as várias camadas de ligas Fe-Zn formadas durante o processo.
Assim, a primeira camada GAMA (próxima do aço) possui de 21 a 28% de ferro. A segunda camada DELTA contém de 7 a 12% de ferro. A terceira camada ZETA apresenta de 5,8 a 6,2% de ferro. Finalizando, a quarta camada ETA é formada praticamente de zinco.
Dependendo da composição química do metal-base e da aspereza da superfície, podem-se obter espessuras de revestimento maiores do que o especificado. Consequentemente, como a vida de um revestimento é proporcional à sua espessura, não são poucos os produtos zincados por imersão a quente que duram muito mais do que o calculado pelo revestimento mínimo especificado.
Com chapas ainda não trabalhadas, que podem ser conformadas após a zincagem, o crescimento da camada-liga é deliberadamente suprimido, adicionando-se alumínio ao banho de zinco, para a obtenção de maior durabilidade do revestimento, com sacrifício da espessura.
Essa prática é normalmente empregada nas usinas siderúrgicas enquanto a chapa está em contínuo processamento.
A pureza do zinco utilizado não é crítica. Zincos com 98,0% de pureza, contendo pouco mais de 1,0% de chumbo e pequenos teores de outros metais como cádmio, ferro, estanho e cobre, são satisfatórios. O alumínio às vezes é adicionado em pequenas quantidades (cerca de 0,005%) para aumentar o brilho da peça e deixar o revestimento mais liso.
Durante o processo de zincagem por imersão a quente, dois resíduos aparecem e podem contaminar o banho: a borra, uma massa pastosa constituída de liga Fe-Zn (5,0% + 95,0%), mais pesada do que o zinco fundido, que se concentra no fundo do tanque; e cinza ou escória de óxido de zinco que se forma na superfície do banho, denominada “terra”.
Após a zincagem, a superfície pode ficar brilhante, cinza-fosco ou floreada, dependendo de vários fatores. A presença ou ausência de brilho ou as várias tonalidades do cinza não têm qualquer efeito sobre a eficácia do revestimento.
é essencial que as peças sejam passivadas após a zincagem, a fim de preservá-las contra a corrosão branca. Alguns materiais podem apresentar crescimento das camadas intermediárias, devido à sua composição química, e consequente formação de manchas cinza-escuro. Nesse caso deve-se acelerar a velocidade de resfriamento do material num banho de passivação.
Quando a peça deve ter longa vida, camadas espessas de revestimento são desejáveis, uma vez que a durabilidade do mesmo é proporcional à sua espessura.
O jato abrasivo prévio na superfície da peça permite que a espessura do revestimento seja aumentada, sem alterar a técnica de zincagem.
A espessura do revestimento varia de acordo com a composição química do aço, composição do banho de zinco, temperatura e tempo de imersão. ás vezes, essas camadas espessas podem ter uma aparência cinza-escuro quando as camadas da liga Fe-Zn se estendem até a superfície externa. O zincador deve ser consultado antes da especificação de revestimentos mais espessos do que os comumente usados.
O sistema tem de ser especificado de acordo com as normas técnicas usuais, em que se consideram a qualidade do revestimento, os tratamentos prévios da superfície (jato abrasivo, desengraxamento, decapagem, fluxagem) e a necessidade de inspeção de qualidade rigorosa.
Aspecto prático: o ácido clorídrico (muriático) é o mais comumente usado nas galvanizações brasileiras, nas concentrações de 6 a 12%.
Ataque do ácido: através das rachaduras e poros existentes na camada de oxidação, até atingir o substrato de FeO, promovendo sua dissolução e propiciando o destacamento da camada de óxido.
Quimicamente, o elemento mais solúvel nestas circunstâncias é o Fe base através da reação:
Fe + 2HCl è FeCl2 + H2
Cuidado especial: Ocorre a geração de hidrogênio nesta reação que, se por um lado auxilia mecanicamente a remoção da camada, por outro, dissolve-se no ferro base fragilizando a peça (fragilização por hidrogênio).
Utilizam-se então:
Após a decapagem é muito importante que as peças sofram uma lavagem em água corrente, em banhos subsequentes (de preferência mais de um) com a finalidade de remover os resíduos produzidos nas reações de decapagem, de forma a minimizar as contaminações dos banhos seguintes.
A ação do fluxante processa-se sob duas formas:
Principais componentes de um fluxante
Objetivo do pré-aquecimento
Cuidados práticos
Conceito
Imersão do substrato de aço, limpo e adequadamente preparado em um banho de zinco líquido, dentro de uma cuba metálica ou cerâmica, a uma temperatura em torno de 450°C.
As temperaturas usadas para zincagem variam normalmente entre 445º a 455°C.
Cuidados práticos
Velocidade de imersão
Velocidade de remoção
Aspecto prático
Fator dos mais importantes na formação e evolução da camada zincada
Aspectos práticos
Aspecto prático: Coloração da peça X Corrosão
Orientações gerais
Borra de Zinco
Cinza de Zinco
Pó de zinco
Facilitadores na geração de cinza
A galvanização, o revestimento do ferro ou aço com zinco, é possivelmente o processo mais ecológico de prevenção contra a corrosão. Estima-se que os custos com corrosão representem cerca de 4% do PIB das nações industrializadas, percentual que tende a ser maior na economia dos países emergentes.
A cada 90 segundos, em todo o mundo, uma tonelada de aço é consumida pela corrosão; de cada duas toneladas de aço produzido, uma é para substituir o aço corroído. Ao proteger uma tonelada de aço contra a corrosão, através da galvanização por imersão a quente, economiza-se energia suficiente para atender às necessidades de uma família média por várias semanas.
A galvanização é o uso eficiente do zinco para proteger o aço por longos períodos, economizando recursos com o mínimo impacto para o meio ambiente.
O zinco, o elemento natural responsável pela resistência à corrosão, é indispensável para os seres humanos, animais e plantas. No processo de galvanização, as estruturas de ferro ou aço são mergulhadas em um banho contendo zinco fundido. A galvanização permite a reutilização de todos os resíduos gerados no processo.
O aço galvanizado pode ser facilmente reciclado com outras sucatas de aço no processo de produção do metal.
O aperfeiçoamento da tecnologia de queima a gás também melhorou a eficiência em energia no aquecimento do banho de galvanização. O calor expelido não é desperdiçado e é utilizado para aquecer produtos químicos de pré-tratamento ou fazer a secagem antes da imersão.
A indústria de galvanização está comprometida em entender e aprimorar a performance ambiental da vida útil de seus processos e produtos.
As emissões do processo de galvanização são muito baixas. A vazão de todos os resíduos líquidos, que consiste principalmente de ácidos utilizados para o pré-tratamento do aço, é removida por empresas licenciadas de gerenciamento de resíduos, em concordância com procedimentos obrigatórios, protegendo assim os recursos hídricos. O ácido descartado é também usado para neutralizar outros resíduos e na fabricação de produtos químicos para tratamento de água. A indústria melhorou muito sua utilização de produtos químicos de processos nos últimos anos � reduzindo os volumes de ácidos usados por tonelada de aço galvanizado.
As emissões para a atmosfera são extremamente baixas e rigidamente controladas pelos órgãos de proteção ambiental. Os banhos de galvanização possuem sistemas de filtragem para captar emissões de partículas para o ar. Isso é obtido com sucesso através do uso de áreas delimitadas para banho com a utilização de filtros.
Quais os motivos que podem levar à necessidade de se efetuar reparos na proteção anticorrosiva de estruturas – que já tenham sido protegidas quando da sua instalação?
Um outro aspecto a ser considerado nas generalidades sobre a manutenção está relacionado com o projeto das estrutura – a chave efetiva de proteção anticorrosiva deriva do projeto e pormenores de construção e montagem – a existência de arestas, cantos, orifícios, soldas, rugosidades ou zonas de retenção de resíduos e de locais inacessíveis dificultam e em muitos casos impossibilitam uma proteção adequada.
Tanto na fase de construção e montagem, e posteriormente na fase de manutenção, é muitas vezes possível corrigir ou melhorar os defeitos existentes.
A partir de que grau deterioração se deve repintar?
A deterioração manifesta-se pelo aparecimento de defeitos no revestimento, que em grau crescente de gravidade podem ordenar-se em:
Todos os trabalhos de manutenção devem ter lugar, como regra, antes que a camada de tinta de acabamento fique muito atacada, portanto, antes que a tinta de fundo seja afetada.
A dificuldade e o custo dos trabalhos de manutenção crescem com o aumento do número de pontos de corrosão.
Para que os defeitos sejam detectados, são necessárias inspeções periódicas e apresentado o correspondente relatório escrito.
Se mais de 10% da superfície necessitar de retoque devido ao ataque, começa a ser mais econômico refazer toda a superfície, embora com maior consumo de materiais, mas com a contrapartida de economia da mão de obra.
Verifica-se experimentalmente que o tempo de vida do revestimento depende do peso da camada de zinco, variando para cada ambiente de trabalho.
Pode-se determinar este peso pela medida de sua espessura, utilizando-se o método magnético.
Uma correspondência entre a espessura e o peso da camada é obtida pelo cálculo teórico, no qual a camada de zinco é considerada uniforme e constituída de zinco puro.
A relação entre o peso e suas respectivas espessuras é a seguinte:
1 g/m2: 7,14 g/cm3 = espessura em micra
TAXA DE CORROSãO DO ZINCO EM FUNçãO DE EXPOSIçãO EM CONDIçõES ABRIGADAS E NãO-ABRIGADAS
Comparação entre as diferentes atmosferas
Fonte: Princípios de Corrosão – Fábio Domingos Pannoni
Fonte: Corrosão Atmosférica 17 anos – ALMEIDA, Neusvaldo Lira de, PANOSSIAN Zhebour
Proteger a estrutura contra a corrosão da armadura. Evitar a formação de trincas, desplacamento e manchas na superfície do concreto. A deterioração do concreto compromete a resistência mecânica da estrutura.
| Propriedade | Observação |
|---|---|
| Limite de resistência a ruptura | Inalterada |
| Limite de escoamento | Inalterado |
| Ductibilidade | Inalterada |
| Resistência a fadiga | Maior |
| Aderência ao concreto | Igual ou maior (*) |
(*) Estudos indicam que o desenvolvimento total da aderência pode ocorrer em tempo maior do que no vergalhão não galvanizado dependendo da reação entre o zinco e a pasta de concreto. Contudo, após esse período, a aderência tende a ser maior.
Estudos realizado pela Universidade de Berkeley, Califórnia � EUA comparam a aderência do concreto no aço galvanizado e no aço não galvanizado.
Mesmo após 20 anos, a estrutura da figura ao lado localizada em ambiente marinho altamente agressivo teve de ser britada para a separação do concreto no vergalhão Fonte: AGA
Dita os princípios para a galvanização de barras de aço para reforço do concreto.
I – Espessura da Camada (Tabela 1)
| Classe e número | Espessura | |
|---|---|---|
| g/m2 | �m | |
| Classe I Nº 3 | 915 | 130 |
| Classe I Nº 4 ou maior | 1070 | 150 |
| Classe II Nº 3 ou maior | 610 | 85 |
II – Cromatização dos vergalhões (Item 4.3)
Após a imersão dos vergalhões no banho de zinco, deve-se proceder o resfriamento em banho cromatizante de ácido cr�mico e bicromato de sódio a fim de evitar que o zinco reaja com o cimento fresco do concreto (fragilização por liberação de gás hidrogênio).
Este processo é utilizado nas galvanizações para evitar a corrosão branca.
III � Cuidados na união de armações galvanizadas e não galvanizadas
(Apêndice X2)
Devido a diferenças de potencial elétrico, o contato direto entre vergalhões galvanizados e não galvanizados promove a migração de íons de zinco para fora do concreto gerando manchas em sua superfície.
Caso sejam colocados em contato, estes materiais devem ser isolados eletricamente. Portanto qualquer material em contato com o vergalhão galvanizado (arames para amarração, espaçadores, etc.) também deve ser galvanizado ou isolado eletricamente.
Nestas junções os aços não galvanizados podem ser isolados eletricamente através do uso de tintas ricas em zinco.
é o tratamento que tem como finalidade a obtenção de uma camada de zinco sobre uma peça de ferro ou aço. Prevê as seguintes etapas:
O processo de zincagem por imersão a quente contra a corrosão é conhecido no mundo todo há mais de 150 anos. Numerosos dados de vida útil de camadas de zincagem, nos mais variados ambientes, vem sendo compilados através de ensaios reais de corrosão. Desse modo, atualmente é possível prever a durabilidade de um recobrimento de zinco obtido por imersão a quente com uma margem de erro bem menor que no caso da pintura. Isso se deve sobretudo ao fato de que as características de durabilidade de uma camada de zinco obtida por imersão a quente praticamente independem de um processo de obtenção, ou seja, de acordo com o ambiente exposto e a camada de zinco, pode-se prever a vida útil do material (ver gráfico à página 28).
Sistema alquídico – recomendado para ambientes normais, prevê as seguintes etapas:
é extremamente difícil prever a vida útil de um recobrimento pintado, devido à dependência de diversos fatores, como preparação da superfície, formulação e preparação da tinta, técnica de aplicação e espessura da película. A preparação inadequada da superfície, por exemplo, pode reduzir pela metade a vida útil da película, pois as pinturas alquídicas, quando expostas a ambientes agressivos, se saponificam em prazo bastante curto, provocando o destacamento da película. Todos esses itens explicam a escassez de dados práticos referentes à durabilidade de um sistema de pintura predeterminado.
A vida útil apresentada a seguir é uma orientação quanto à ordem de grandeza dos sistemas de pintura analisados:
Na análise, adotou-se uma estrutura metálica média, exposta em um ambiente industrial pesado, com as seguintes características e espessuras da camada protetiva do aço:
Dois tipos de custos são importantes na pintura industrial: o custo inicial e o custo de manutenção (retoques e repinturas).
Custo inicial: é dado pela expressão Ci = C1 + Ct + Ca
Onde:
Custo de manutenção: constitui-se no somatório dos custos de retoques com os custos de repintura.
Custo acumulado: é obtido pelo somatório do custo inicial com os custos de retoques e repinturas.
Este custo, dividido pelo número de anos previstos para o esquema de pintura, fornece o custo anual.
Na escolha de qualquer revestimento, deve ser levado em conta sua vida útil, relacionada com o custo e despesas de manutenção.
Apesar de poderem ter um custo de aplicação maior, podem ser mais vantajosos para aplicação em estruturas que exigem uma longa vida, sem necessidade de serviços de manutenção frequentes.
Estudos comparativos dos custos entre ambos, mostram que o custo da zincagem sobre a pintura, considerada uma vida útil de 25 anos é de 2 a 3 vezes menor (CORRêA, Arnaldo; FERREIRA, J. D. – Corrosão e Tratamento Superficiais dos Metais)
Na Tabela abaixo, apresentam-se três esquemas de pintura industrial:
| TRATAMENTO | ESQUEMA DE PINTURA | ||
|---|---|---|---|
| CONVENCIONAL | SEMINOBRE | NOBRE | |
| LIMPEZA | St3 ou Sa2 | Sa2½ | Sa2½ |
| TINTA DE FUNDO | 2 demãos de Zarcão Alquídico óleo Modificado, 35 µm película seca | 2 demãos de óxido de Ferro Epóxi, 35 µm película seca | 1 demão de Zinco Etil Silicato, 75 µm película seca |
| TINTA INTERMEDIáRIA | —– | —– | 1 demão de óxido de Ferro Epóxi, 35 µm película seca |
| TINTA DE ACABAMENTO | 2 demãos de tinta Alquídica Brilhante, 30 µm película seca | 2 demãos de Esmalte Fenólico Pigmentado com Alumínio, 25 µm película seca | 2 demãos de Epóxi Alta Espessura, 120 µm película seca |
Fontes: Prof. Horst Reiche
Graus de Limpeza St3: Limpeza mecânica (lixamento, escovação, etc.) Sa2: Jateamento abrasivo comercial
Sa2½: Jateamento abrasivo ao metal quase-branco
Abaixo, apresentam-se exemplos comparativos entre esquemas de pintura em aço (não galvanizado) em diferentes ambientes corrosivos, destacando-se que os valores constantes da tabela estão expressos em anos e são baseados em dados práticos, considerando-se tintas de boa qualidade, aplicação adequada e ausência de danos mecânicos.
| ESQUEMA DE PINTURA | TIPO DE ATMOSFERA | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| RURAL | INDUSTRIAL | MARINHA | |||||||
| Retoques | Repintura Parcial | Repintura Total | Retoques | Repintura Parcial | Repintura Total | Retoques | Repintura Parcial | Repintura Total | |
| CONVENCIONAL | 4 a 6 | 6 a 8 | 8 a 10 | 2 a 4 | 4 a 7 | 7 a 10 | 0,3 a 0,8 | 0,8 a 1,5 | 1,5 a 2,5 |
| SEMINOBRE | 5 a 7 | 7 a 10 | 10 a 12 | 3 a 6 | 6 a 8 | 8 a 12 | 0,5 a 1 | 1 a 2 | 2 a 4 |
| NOBRE | 4 a 6 | 8 a 12 | 12 a 16 | 5 a 7 | 7 a 10 | 10 a 15 | 2 a 4 | 4 a 7 | 7 a 10 |
Os dados abaixo integram o estudo do Mapa de Corrosão Ibero-americana, coordenados pelo Centro de Pesquisa de Energia Elétrica (CEPEL) e Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) em conjunto com os demais países latino-americanos e da península ibérica.
| PARâMETRO | TIPO DE ATMOSFERA | ||
|---|---|---|---|
| RURAL (CPqD – BELéM/PA) | INDUSTRIAL (COSIPA – CUBATãO/SP) | MARINHA (CPqD – FORTALEZA/CE) | |
| Temp. Média (°C) | 26 | 23 | 26 |
| U.R. Média (%) | 86 | 75 | 75 |
| Taxa de SO2 (mg/m2.dia) | 5 (baixa) | 54 (alta) | 5 (baixa) |
| Taxa de Cloretos (mg/m2.dia) | 2 (baixa) | 14 (baixa) | 300 (muito alta) |
| Taxa de corrosão do aço nu (µm/ano) | 27 | 160 | 118 |
| Taxa de corrosão do aço galvanizado (µm/ano) | 1,2 | 1,3 | 5,4 |
| Durabilidade para camada de 90µm do aço galvanizado (ano) | 78 | 69 | 17 |
Ensaios de exposição de painéis de aço zincado, realizados pelo IPT, com duração de 12 anos nas atmosferas rural e industrial e de 17 anos na atmosfera urbana, conforme critérios recomendados pelas Normas ISO 9223 e 9224 demonstram que a taxa de corrosão do aço zincado decresce ligeiramente com o tempo, tendendo a uma estabilidade.
| Taxa de corrosão do aço zincado na ECA Lorena – Atmosfera rural (µm/ano) | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Categoria de corrosividade | Tempo da análise (anos) | Ambiente Externo | |||||
| 0,5 | 2 | 4 | 6 | 8 | 12 | ||
| C3 (média) e C2 (baixa) | 1,48 | 0,44 | 0,26 | 0,20 | 0,17 | 0,14 | Pouca contaminação com compostos de enxofre. Baixa concentração de material particulado e elevada U.R. |
| Taxa de corrosão do aço zincado na ECA Sto. André – Atmosfera industrial (µm/ano) | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Categoria de corrosividade | Tempo da análise (anos) | Ambiente Externo | |||||
| 0,5 | 2 | 4 | 6 | 8 | 12 | ||
| C3 (média) e C4 (alta) | 2,17 | 1,82 | 1,76 | 1,74 | 1,73 | 1,72 | Contaminação elevada de compostos de enxofre e material particulado |
| Taxa de corrosão do aço zincado na ECA São Paulo – Atmosfera urbanal (µm/ano) | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Categoria de corrosividade | Tempo da análise (ano) | Ambiente Externo | |||||
| 0,5 | 2 | 4 | 6 | 8 | 17 | ||
| C3 (média) e C2 (baixa) | 2,14 | 1,18 | 1,02 | 0,96 | 0,94 | 0,89 | Contaminação moderada com compostos de enxofre, com particulado e ausência de contaminação por outros poluentes |
Fonte: Corrosão Atmosférica 17 anos – ALMEIDA, Neusvaldo Lira; PANOSSIAN, Zehbour
Uma boa pintura pode alongar a vida útil dos produtos zincados de 1.5 a 2.7 vezes a soma das expectativas de vida útil separadas (efeito sinérgico), além de proporcionar posteriormente manutenções fáceis e baratas:
Sua validade é nítida para atender a requisitos especiais de resistência à corrosão ou aparência.
