Estudo da corrosão por interferência de corrente alternada em estruturas enterradas e desenvolvimento de metodologia para sua detecção

Doctoral thesis Portuguese OPEN
Sergio Eduardo Abud Filho (2015)
  • Publisher: Universidade de São Paulo
  • Subject: Cathodic protection | Correntes de interferência | Corrosão | Corrosion | Estruturas metálicas | Interference currents | Proteção catódica | Engenharia Metalúrgica e de Materiais

Dutos metálicos revestidos, enterrados e protegidos catodicamente, quando são instalados nas proximidades de linhas de transmissão e distribuição de energia elétrica, vêm apresentando problemas de corrosão, sendo esta atribuída às interferências de corrente alternada dispersas no solo. São muitos os critérios propostos na literatura para verificar se um duto está ou não sujeito a esse tipo de problema, mas tais critérios são contraditórios e ineficientes, uma vez que não levam em conta parâmetros termodinâmicos e não contemplam o acoplamento dos potenciais originados de corrente contínua com os potenciais oriundos de corrente alternada. O objetivo do presente trabalho foi estudar a corrosão causada por corrente alternada, selecionar um critério seguro de verificação da probabilidade de ocorrência dessa corrosão e desenvolver uma nova metodologia para a obtenção dos parâmetros necessários para a aplicação do critério proposto. Com base em uma ampla pesquisa bibliográfica, em resultados experimentais obtidos em laboratório e em campo, foi possível a seleção do seguinte mecanismo: a corrosão por corrente alternada é decorrente da oscilação do potencial da interface duto/solo que, dependendo do valor do pH nas suas vizinhanças, leva o sistema alternadamente ao domínio da corrosão e da imunidade ou alternadamente ao domínio da formação de óxidos (com e sem passivação) e da imunidade. Nessas condições, a corrosão do aço-carbono ocorre devido à irreversibilidade da reação Fe2+ + 2e- Fe, nos casos de alcalinização limitada, e à impossibilidade de formação de uma camada passiva protetora decorrente da flutuação de potencial entre o domínio de formação de óxidos e da imunidade, nos casos de alcalinização moderada. Como critério de verificação da ocorrência ou não de interferência de corrente alternada em dutos enterrados e catodicamente protegidos foi proposta, neste estudo, a obtenção da forma de onda do acoplamento entre os potencias originados de corrente contínua e os oriundos de corrente alternada sem a influência da queda ôhmica e a comparação do potencial de pico dessa forma de onda com o potencial estabelecido como limite aceitável do sistema de proteção catódica tradicional. Esta proposição foi feita com base na termodinâmica, o que garante que a previsão seja usada com mais segurança. Finalmente, foi desenvolvida uma sonda que, juntamente com uma instrumentação adequada, é capaz de fornecer a forma de onda do referido acoplamento em dutos enterrados e catodicamente protegidos, sem a interferência da queda ôhmica. Corrosion problems have been observed in cathodically protected pipelines installed in the vicinity of high voltage power lines or electrical distribution systems. Many of these problems have been attributed to interferences coming from stray alternating currents. In the literature, there are many criteria proposed aiming at verifying the AC corrosion probability. However, such criteria are contradictory and ineffective since they do not take into account thermodynamic parameters and do not include the coupling of potential coming from direct current and the potential due to stray alternating current. The aim of this work was to study pipeline corrosion induced by stray alternating current, to select a safe criterion for the probability of this corrosion and to develop a new methodology for obtaining the required parameters for the application of the selected criterion. A broad literature review and the results obtained from a series of tests and analyses have allowed choosing the following mechanism: AC corrosion is a result of the fluctuation of the pipe/soil potential which, depending on the pH of the soil near the pipe, takes the system alternatively to the corrosion and to the immunity domains or alternatively to the oxide formation (with or without passivation) and to the immunity domains. Under these conditions, the corrosion of carbon steel occurs due to the irreversibility of the reaction Fe2+ + 2e- Fe reaction in cases of limited alkalinization and due to the impossibility of forming a protective passive layer caused by the potential fluctuation between the oxide formation and the immunity domains in cases of moderate alkalinization. In this study, a method to obtain the waveform of the AC+DC potential, without the ohmic drop, was proposed. The comparison of the peak potential of the AC + DC waveform with the potential value established as an acceptable threshold for traditional cathodic protection systems was used as a criterion for AC corrosion assessment. This criterion is proposed based on thermodynamic principles which ensure that the prediction is reliable. Finally, a probe was developed. This probe, along with a proper instrumentation, is able to provide the desired waveform for a safe application of the proposed criterion.
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