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Corrosão em Estruturas Tubulares e de Cantoneiras, empregadas em Telecomunicação e Transmissão de Energia
Introdução

A utilização do aço em estruturas de linhas de transmissão e telecomunicações é usual, porque associa o baixo custo do metal à excelente resistência mecânica. Por outro lado a sua baixa resistência à corrosão, demanda proteção adicional que é geralmente efetuada com galvanização por imersão a quente ou, em alguns casos, por pintura.

O zinco empregado na galvanização possui baixa resistência mecânica, mas uma considerável resistência à corrosão, quando submetido aos meios de exposição mais variáveis. Esta resistência é a razão da sua ampla utilização em estruturas metálicas em aço, formadas por perfis em cantoneiras, tubulares ou com outras seções. Estima-se que cerca de 50% da produção mundial de zinco, seja destinada ao revestimento e proteção contra a corrosão de estruturas, tubulações e equipamentos de aço. O revestimento de zinco para torres em cantoneiras ou perfis tubulares é executado, majoritariamente, por imersão a quente - justificado por razões econômicas - mas poderia ser feito por eletrodeposição e aspersão térmica.

No presente documento os perfis em aço galvanizado, tubulares e cantoneiras, são analisados sob a ótica da sua maior ou menor propensão à corrosão face às suas características geométricas e as implicações destas, no processo de galvanização. Aspectos relativos ao detalhamento das estruturas são também contemplados, de modo a circunscrever a sua influência no processo de corrosão.
Resistência à corrosão e fatores determinantes

A resistência à corrosão atmosférica do revestimento de zinco independe do processo de aplicação, e sim dos seguintes fatores relacionados a seguir:

características do revestimento, por exemplo; uniformidade e aderência da camada e sua espessura,
meio de exposição
características construtivas do projeto
Logo, o comprometimento do revestimento da camada de zinco ocorrerá sempre em função de falhas de aderência e/ou de uniformidade e ainda, em função do detalhamento do projeto, permitindo a retenção de água ou a deposição de poluentes atmosféricos. Vale destacar que os processos de aplicação podem acarretar diferenças no que tange ao comportamento do revestimento porém, são desprezíveis no que se refere ao desempenho.

Os dois fatores que mais influenciam o desempenho à corrosão em função do meio de exposição são; climáticos e de poluição atmosférica. O primeiro é fortemente afetado pelo tempo de molhamento e secagem. O segundo, pela presença de CO2 de SO2 e de cloretos. As impurezas ou ligas presentes no zinco - em baixas concentrações (<2%) - não têm influência marcante, segundo a opinião de especialistas e laboratórios de pesquisa.

O revestimento de zinco quando exposto a atmosferas secas forma, sobre a sua superfície, uma camada de óxido de zinco (ZnO) criando um escudo protetor e tornando a taxa de corrosão irrelevante. Entretanto, a presença de uma camada d'água formada sobre o zinco, quando a umidade relativa é superior à crítica, compromete a sua resistência à corrosão.

A influência do meio ambiente é decisiva na instauração do processo de corrosão. Em atmosferas limpas, sob a presença de oxigênio, gás carbônico, e água, o produto de corrosão inicialmente formado é o hidróxido de zinco (Zn(OH)2). Este composto - pela ação do CO2 - é convertido em carbonatos básicos de zinco ou em carbonatos de zinco que são insolúveis.

Num meio ambiente poluído com forte presença de dióxido de enxofre, o hidróxido de zinco é convertido em sulfato básico de zinco e, nas atmosferas contaminadas com cloretos, o hidróxido é convertido em cloreto básico de zinco. O hidróxido de zinco e os sais básicos de zinco são insolúveis e se constituem num eficiente escudo contra a corrosão.

Um dos fatores que impede a formação do escudo protetor é a presença de gotas d'água, em regiões sem ventilação e sujeitas a variações significativas de temperatura. Esta condição pode levar à formação de produtos de corrosão volumosos, pouco aderentes e com características não-protetoras. Estes produtos são conhecidos como ferrugem branca.

A geração de produtos de corrosão pode ser também obtida pela exposição do zinco à atmosferas com contaminação excessiva de dióxido de enxofre e/ou de cloreto de sódio. No primeiro caso, a camada d'água presente na superfície do zinco torna-se ácida e, nestas condições, o produto de corrosão formado é o sulfato de zinco que é solúvel. No segundo caso, como em atmosferas marinhas, a superfície do zinco fica saturada com cloreto de sódio. Este sal, por ser muito higroscópico submete a superfície metálica ao molhamento praticamente constante.

A taxa de corrosão do zinco é normalmente linear, com o tempo de exposição a céu aberto, em atmosferas urbanas e rurais. Esta característica do zinco é relevante nos projetos de estruturas pois, permite ao projetista - uma vez conhecida a taxa de corrosão num determinado ambiente específico - dimensionar uma espessura de camada adequada para uma vida útil requerida. Em regiões litorâneas esta tendência não se manifesta. A taxa de corrosão neste tipo de atmosfera, geralmente, decresce com o tempo de exposição. Na Tabela 2.1, são apresentadas as taxas de corrosão típicas, do zinco, nas atmosferas rural, industrial e urbana do Estado de São Paulo e de países estrangeiros, correspondentes a um período de dois anos de exposição.
Influência do detalhamento estrutural na corrosão

O detalhamento estrutural de suportes tem influência decisiva no desempenho dos metais, de uma maneira geral e, em particular, do zinco que os reveste, na galvanização. A existência de frestas entre duas superfícies (metal/metal ou metal/não-metal) que permitam a retenção de umidade e de poluentes, pode desencadear ou acelerar o processo corrosivo, com o comprometimento da vida útil estimada para o revestimento. No caso particular de estruturas tubulares, caso as condições do detalhamento de projeto permitam o acesso da água à parte interna dos tubos, poderá haver um processo de corrosão mais acentuado do que na superfície externa, pois a área interna ficará molhada durante um período de tempo maior. Por outro lado, se as condições de projetos não permitirem o acesso de água à superfície interna, as taxas de corrosão do zinco serão praticamente desprezíveis.

Estudos realizados pelo Laboratório de Corrosão e Tratamento de Superfície do IPT/SP em componentes tubulares zincados por imersão a quente, expostos durante 20 anos nas atmosferas da cidade de São Paulo, mostraram que, externamente, toda camada de zinco foi consumida pela corrosão, enquanto que internamente a camada estava em perfeitas condições, mantendo, inclusive, os desenhos formados pela galvanização - "flores" - característicos dos revestimentos de zinco aplicados por imersão a quente.

O referido laboratório do IPT já realizou vários estudos para a indústria com o propósito de avaliar torres de telecomunicação e postes de iluminação pública feitos com estruturas tubulares de aço zincado por imersão a quente. Nestes, estudos, foram constatados vários problemas de corrosão na superfície interna dos tubos e, em alguns casos, com perfuração da parede do tubo. Em todos os casos estudados, se constatou que estes problemas, no entanto, não estavam relacionados com o material utilizado, pois os tubos de aço zincado por imersão a quente são usados exaustivamente em uma gama muito grande de aplicações.

Em todas as estruturas avaliadas e que falharam, sem exceção, o projeto possibilitava o acesso d'água ao interior dos tubos que se acumulava dentro do componente. No caso das torres de telecomunicação, as extremidades superiores dos últimos tubos eram abertas e, além disso, havia furos auxiliares próximos a todas extremidades para drenagem do banho de zinco. A água que penetrava nos tubos escorria pelas paredes determinando a sua corrosão. Além disso, as bases das colunas eram completamente vedadas o que permitia o acúmulo d'água nestas regiões com conseqüente corrosão destes locais. Tanto para as torres tubulares como para os postes de aço zincado, foram feitas sugestões de modificações nos projetos de modo a evitar a penetração da água. No caso das torres, uma vez constatadas que não havia comprometimento da estrutura, foi sugerido o fechamento das extremidades dos tubos superiores e abertura dos drenos na base das colunas para possibilitar o escoamento da água que possa ter acesso ao interior dos tubos.

No caso das torres, objeto deste documento, a geometria dos componentes tubulares, na sua superfície externa, é relativamente regular de modo que os eventuais problemas de corrosão não dependem do tipo de componente, mas das características do revestimento. Isto significa que, externamente, os componentes tubulares estão sujeitos à mesma ação corrosiva que os componentes em cantoneiras.

Outro aspecto importante notado, é que apenas nas estruturas de telecomunicação o cabo de aterramento não está conectado diretamente à coluna. Nestas estruturas os cabos de aterramento são de cobre e a conexão direta entre metais dissimilares (neste caso entre o cobre e o zinco) pode provocar a corrosão do metal menos nobre (neste caso do zinco). Este tipo de corrosão é denominado “par galvânico” e ocorre devido à diferença de potencial de corrosão que existe entre o par metal mais nobre/metal menos nobre. É, portanto, imprescindível que o cabo seja afastado dos componentes da estrutura por meio de isoladores, até atingir o solo.

Com relação à superfície interna das colunas, a adoção das extremidades superiores dos tubos fechadas, não existindo furos auxiliares para drenagem do banho de zinco, a possibilidade de penetração de água no seu interior é mínima. Além disso, deverão existir drenos na base das colunas para escoamento de água se, eventualmente, esta penetrar nos tubos. Portanto, com tais características de projeto a camada interna do revestimento não deverá apresentar deterioração prematura devido à corrosão. Quanto aos contraventamentos (treliças), estes deverão ser abertos nas duas extremidades e são dispostos quase sempre de forma inclinada. Esta configuração, além de não permitir que a água se acumule no interior dos tubos, ainda reduz o tempo de molhamento da superfície, uma vez que não impede a ventilação. Um recurso que deve ser evitado é o amassamento dos tubos, nas diagonais, para permitir a conexão aos montantes. A razão para tanto é a dificuldade da galvanização atingir toda a superfície interna, nas extremidades do tubo e, conseqüentemente, deixar frestas que possibilitem a corrosão.
Conclusão

Com base na avaliação das características construtivas dos componentes das torres tubulares (tubos superiores com extremidades fechadas, inexistência de drenos na base das colunas), somos do parecer que tais torres terão desempenho, do ponto de vista de corrosão, similar ao de torres com estrutura de perfis tipo cantoneira.
Referências Bibliográficas

KUCERA, V.; MATTSON, E – Atmospheric corrosion. In: CORROSION mechanisms. New york: Marcel Dekker, 1987. P.221-284.(Chemical Industries,28).

PANOSSIAN, Z – Corrosão e proteção contra a corrosão em equipamentos e estruturas metálicas. 1ª ed. São Paulo : IPT, 1993. 2v.v2 p.417-444;
Autor: Engenheiro Ronaldo Telles Nunes Magalhães
Data de publicação: 31/05/2012