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3. MATERIAIS E METODOS
O presente capítulo descreve o lugar onde foi amostrado o sedimento, as
características do sedimento estudado, a descrição da célula eletrocinética, a
metodologia para a realização dos ensaios e os materiais dos eletrodos.
3.1
Descrição do local
O sedimento utilizado, foi retirado da Baía de Guanabara, na cidade do Rio
de Janeiro, no estado do Rio de Janeiro.
REDUC
AEROPORTO
Figura 3.1 Lugar de amostragem
As coordenadas geográficas do lugar onde foi coletada a amostra são
Longitude 43º 12`52,85” L
Latitude 22º 44`52,62” S
40
Este ponto de amostragem está localizado aproximadamente a 1 Km da
praia, próximo da chegada dos rios Iguaçu e Sapuraí. Esta região foi escolhida
porque possivelmente possuiria maior concentração de metais pesados por ser
a desembocadura de efluentes de indústrias implantadas nas margens dos Rios.
3.2
Geologia da região
Na região de coleta na Baía de Guanabara no Estado do Rio do Janeiro
ocorrem ambientes de sedimentação quaternária.
Figura 3.2. Mapa geológico da área da Baia de Guanabara
Na figura 4.2 são evidenciados depósitos que pertencem ao período
cenozóico quaternário de praiais eólicos, marinhos e/ou lagunares (Qhml) e
depósitos flúvio-lagunares (Qhfl). As características de cada um estão descritas
abaixo.
Qhml - Depósitos praiais eólicos, marinhos e/ou lagunares
São contituídos de areias quartzosas esbranquiçadas, finas a médias,
bem selecionadas, recobertas por areias eólicas na forma de depósitos eólicos
41
mantiformes ou dunas transgressivas. Estratificações cruzadas de pequeno e
grande porte nas fácies eólicas (Silva 2001)
Qhfl - Depósitos flúvio-lagunares
São constituídas por areias e lamas sobrejacentes a camadas de areias
biodetríticas e/ou sedimentos lamosos de fundo lagunar e ocorrências de turfas,
nos depósitos associados ao canal fluvial (depósitos residuais de canais)
caracterizados como areias e cascalhos. (Silva,2001)
3.3
Coleta das amostras
As amostras foram coletadas utilizando uma pequena draga (Petersen) e
armazenadas em recipientes de plástico completamente fechados e protegidos
do sol. A figura 3.3 A mostra a draga ainda vazia sendo antes da coleta e a
figura 4.3.B mostra o sedimento sendo despejado no recipiente de coletada.
Figura 3.3. A) Antes da Coleta da amostra com a Draga de Petersen, B) Depois da
coleta , colocando o sedimento no recipiente
O dispositivo chamado de draga Petersen ou “pega fundo” é uma das
dragas mais utilizadas para coleta de sedimentos com diferentes materiais.
42
Este equipamento submerge e, quando toca o fundo, penetra em função
de seu peso e fecha, coletando a amostra de sedimento . O mecanismo de
fechamento é ativado por braço em alavanca ou cordas coletando a amostra de
sedimento (figura 3.4)
Figura 3.4 Draga Petersen (adaptada Villegas ,2005) Também foi coletada água da própria baía de Guanabara, filtrada e
armazenada em recipientes plásticos dentro do laboratório.
O concentração de sal na água foi 33,5 mg/L e verificou-se conteúdo de
zinco e cromo no sedimento.
3.4.
Ensaios de caracterização.
Os ensaios de caracterização do sedimento foram realizados no
laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente do Departamento de Engenharia Civil
da PUC-Rio.
3.4.1
Teor de umidade (ω).
A determinação do teor de umidade foi realizada através da coleta de
porções de amostras de sedimento, que foram levadas à estufa a uma
temperatura entre 105°C e 110ºC até que a massa fosse constante, conforme
estabelece a NBR 6457. O tempo necessário para que a massa fosse constante
para estas amostras variou entre 24 e 48 horas.
43
3.4.2
Densidade dos Grãos (Gs)
O valor de Gs foi obtido pela média dessas determinações, de acordo com
a NBR 6457.
3.4.3
Granulometria
O ensaio de granulometria e sedimentação nestas amostras foi realizado
segundo a norma NBR 7181 com uma combinação de sedimentação e
peneiramento.
3.4.4
Índices de Consistência
O limite de Liquidez (ωL) foi obtido de acordo com a NBR 6459 e o limite
de Plasticidade (ωP) segundo a norma NBR 7180.
Tabela 3.1 Caracterização do sedimento
Teor de umidade do sedimento
190 %
Densidade especifica dos grãos
2,42
Granulometria
Pedregulho 0,0 %
Areia Grossa 2,1 %
Areia Média 1,7 %
Areia Fina 15,9 %
Silte 44,6 %
Argila 35,7 %
Limites de consistência
Limite de liquidez 68,8
Limite de plasticidade 43,7
Índice de plasticidade 25,2
44
3.5.
Ensaios químicos
3.5.1.
Determinação de cromo.
Para que seja possível a determinação do cromo no laboratório de
Geotecnia e Médio Ambiente do departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio
nos sedimentos em questão foi procedida sua extração.
3.5.2
Extração do cromo do sedimento
Inicialmente para a extração do cromo do sedimento foi utilizado o método
descrito por Balogh et.al (2000) para solo. Colocou-se 10 g das amostras do
sedimento em mufla a 500ºC por 5 horas. Após este período as amostras foram
transferidas para um Becker juntamente com 50 ml de solução 0,05 M de NaCl,
agitando-se durante duas horas. Em seguida esta solução foi filtrada e medida a
concentração de cromo no liquido por cromatografia.
Não foi possível determinar a quantidade de cromo no sedimento
utilizando esta técnica de extração nem pelo método colorimétrico ou por
espectrofotômetro atômico. No primeiro caso houve grande interferência
colorimétrica de outros materiais extraídos juntamente com o cromo e a segunda
metodologia mostrou que a eficiência de extração utilizando o método de Balogh
foi muito baixa
Para complementar o processo descrito por Balogh e aumentar a eficiência
de extração, foi adaptado o procedimento de digestão do sedimento com ácido
nítrico, do método EPA 3050. O processo completo está descrito abaixo.
Amostras de sedimento foram secas em estufa a 110 ºC por 24 a 48
horas. Em seguida o material foi levado a mufla a 500 ºC por 5 horas, após as
quais foi retirada uma alíquota de 1g e transferida para tubo falcon, ao qual foi
adicionado 5 ml de ácido nítrico concentrado. Essa mistura foi levada a banho
maria a 100 ºC por 2 horas. Em seguida as amostras foram centrifugadas a 3000
rpm /5 minutos e o sobrenadante transferido para outro tubo falcon. Nova
extração foi feita adicionando-se ao tubo no qual ficou o precipitado mais 5 ml de
45
água destilada. Esse tubo foi agitado vigorosamente para homogeneização do
material e colocado em centrifuga a 3000 rpm por 5 minutos . O sobrenadante
foi adicionado ao primeiro sobrenadante. Este foi passo foi repetido mais duas
vezes totalizando ao final aproximadamente 20ml de extrato. Neste liquido
extraído foi determinado o cromo presente no sedimento.
Esta determinação foi realizada no laboratório de absorção atômica do
departamento de Química da PUC-Rio utilizando um espectrofotômetro de
absorção atômica de chama contrAA 300 da marca Analitikjena que tem a
capacidade de quantificar os elementos químicos em meio aquoso. (Figura 3.5).
Figura 3.5 Espectrofotômetro de absorção atômica de chama contrAA 300
3.5.3
pH do solo.
O potencial de hidrogênio iônico do solo foi determinado pela metodologia
descrita no manual da EMBRAPA, 1997, em água. Uma alíquota de
aproximadamente 5 gramas de cada amostra de sedimento úmido foi misturada
a uma quantidade de água 2,5 vezes à massa do solo. Em seguida a amostra foi
homogeneizada e após sedimentação, o pH foi medido em phmetro
TECNOPON modelo mPA210P.
3.5.4
Conteúdo de matéria orgânica
A porcentagem de matéria orgânica presente em cada amostra de
sedimento foi determinada a partir da diferença de massa das amostras de
sedimento previamente seco a 105ºC, antes e depois de aquecidas a 500ºC em
46
uma mufla, por 5 horas. Estes ensaios foram realizados no laboratório de
Geotecnia e Meio Ambiente do Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio.
Determinou-se também o teor de carbono orgânico total, metodologia
também conhecida como TOC (total organic carbon), no Laboratório de Estudos
Marinhos do Departamento de Química da PUC-Rio utilizando o equipo TOC
5000A marca SHIMADZU mostrado na figura 3.6, que mediu o carbono orgânico
em um meio aquoso utilizando previamente o modulo do equipamento para
análise de amostras de solo (SSM 5000A) .
Figura 3.6 A esquerda o equipamento utilizado para determinação de carbono
orgânico em um meio aquoso e a direita o modulo para amostras de solo
De acordo com a EMBRAPA (1997) o conteúdo percentual de matéria
orgânica pode ser obtido em função do teor de carbono orgânico, admite-se que:
M.O. = TOC x 1,724
3.5.5
Capacidade de Troca Catiônica (CTC)
A capacidade de troca catiônica (CTC) e a superfície específica do
sedimento estudado foram determinadas através da técnica do azul de metileno,
no Laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente do Departamento de Engenharia
Civil da PUC-Rio
Uma alíquota de 1 grama de solo passado na peneira #40 foi pesada na
balança de precisão com 3 casas decimais, em seguida foi adicionada uma
solução tampão (50mL) para manter o pH neutro, esta solução foi mantida em
47
agitação por 15 minutos. Posteriormente foi acrescentado o azul de metileno na
concentração de 1g/L, sempre com a solução em agitação (colocou-se 1mL
agitando por 1 minuto). Após esta homogeneização coletou-se um pouco da
solução e colocou-se uma gota no papel filtro Whatman N° 40 verificando a
formação de uma auréola. Foi repetido o procedimento até formar a auréola azul
claro ao redor da gota, e a partir do volume de azul de metileno gasto, calculado
os valores de CTC e SE. Este procedimento está baseado na norma ASTM C
837-84.
CTC = C × v × 100 / Wa
SE = fator do azul de metileno × CTC
onde,
CTC - Capacidade de Troca de Cátions (meq/100g de solo)
C - Concentração do azul de metileno (1meq/L)
v - volume gasto(L)
Wa- peso seco da amostra seca (g)
Fator do azul de metileno - 7,8043
SE - Superfície Específica (m2/g)
Tabela 3.2 Características químicas do sedimento da Baia de Guanabara
pH
7,92
Matéria orgânica
(método da mufla)
16,27%
Matéria orgânica (TOC) 5,56%
Carbônico Orgânico (TOC)
3,23%
CTC
3,4 meq/ 100g
SE
26,53 m2/ g
48
3.6
Análises mineralógicas
A identificação dos argilominerais foi realizada pelo emprego da difração
de Raios X por ensaios realizados no Laboratório de Difratometria do
Departamento de Ciências dos Materiais e Metalurgia (DCMM) da PUC-Rio.
Foram utilizados dois métodos experimentais para identificação dos
componentes mineralógicos do sedimento. O primeiro método por peneiramento
(método do pó) consistiu na utilização de amostra de solo seco ao ar, passado
na peneira #400 e em seguida misturado, saturado e homogeneizado com água
destilada. Dessa mistura foi preparada uma lâmina, que foi levada ao
difratômetro. O segundo método caracterizou-se pela obtenção de fração de
solo mais fino, pelo ensaio de sedimentação convencional (Albers,2002).
Fizeram-se então duas lâminas, uma para ser glicolada e outra para ser
aquecida a 550°C por 2 horas e depois levadas ao difratômetro.
Na lâmina natural, proveniente do ensaio com método do pó, foi
identificado o argilomineral do grupo 2:1 com presença de caulinita, quarzo e
feldespato. Como os difratogramas das amostras glicolada e da aquecida não
apresentaram argilomineral do grupo 2:1 ou qualquer outra presença de outro
argilomineral, estes podem estar presentes fração silte do sedimento e não na
fração argila.
Lámina natural
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40
Figura 3.7 Difratograma de raio X da lamina natural
49
Lámina aquecida
0
10
20
30
40
50
60
70
0 10 20 30 40
Figura 3.8 Difratograma de raio X da lamina aquecida
Lámina glicolada
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 5 10 15 20 25 30
Figura 3.9 Difratograma de raio X da lamina glicolada
3.7
Descrição da célula eletrocinetica
A célula utilizada nos ensaios de eletrocinese foi desenvolvida no
laboratório de Geotecnia e Meio Ambiente da PUC-Rio. Este equipamento
possui um suporte onde é apoiada a célula. Esta é basicamente composta por
três compartimentos: um central, de 5 cm de comprimento e 4,6 cm. de
diâmetro, preenchido de solo ou sedimento e dois laterais, de 9 cm. de
comprimento e 3,8 cm. de diâmetro, com capacidade de aproximadamente 110
ml, preenchidos pelo eletrólito escolhido. Neste trabalho água da Baía de
Guanabara foi usada como fluido eletrolítico (Figura 3.10).
50
Figura 3.10 Célula eletrocinética
O material acrílico da célula garante o isolamento e a resistência às
reações eletroquímicas decorrentes do ensaio. A figura 3.11 apresenta um
diagrama esquemático da célula utilizada no programa experimental.
Figura 3.11 Detalhes da célula de eletrocinese. a) fixador do eletrodo;b) eletrodo; c) reservatório (eletrólitos); d) reservatório para amostra de solo de 50mm de comprimento. (Mergulhão, 2002)
Os eletrodos são posicionados nos extremos dos compartimentos
laterais, fixados aos reservatórios mediante uma placa de acrílico, e conectados
51
a fios ligados a uma fonte (figura 3.12) a partir da qual será gerada uma corrente
elétrica. Neste trabalho foram utilizados eletrodos de aço inox e de grafite.
Eletrodo
Figura 3.12 Vista do eletrodo do compartimento lateral da célula
Os compartimentos laterais da célula são os reservatórios dos eletrólitos
e estão conectados ao compartimento central mediante parafusos. Na parte
superior de cada reservatório dos eletrólitos existe uma conexão de PVC que
permite colocar uma pipeta de 10 cm3 onde é possível medir a variação de
volume de água nos reservatórios, e também permite a saída de gases.
O fluxo eletro-osmótico se evidencia pelo movimento do fluido na pipetas
instaladas na parte superior de cada compartimento lateral como é mostrado na
figura 3.13.
Nível de água
na pipeta Nível de água
na pipeta
Figura 3.13 O fluxo eletro-osmotico nas pipetas
Reservatório do eletrólito positivo
Sedimento
Reservatório do eletrólito negativo
Conexão de
PVC
52
3.8 Ensaios eletrocinéticos.
3.8.1
Preparação do corpo de prova.
O sedimento foi homogeneizado em um recipiente antes de ser
colocado no compartimento central da célula. Colocou-se uma placa de acrílico,
uma pedra porosa e papel de filtro como auxilio na preparação do corpo de
prova no compartimento central da célula. Este papel de filtro e a pedra porosa
ajudam na saída da água livre que se encontra no sedimento sem carregar o
material. Um compartimento cilíndrico de PVC foi colocado no topo do
compartimento central da célula e o sedimento foi colocado na célula por
camadas, vibrando com a ajuda de vareta para evitar formação de bolhas de ar
no material. Sobre o sedimento e encaixando no compartimento de PCV foi
colocado um embolo, e acima do embolo uma carga (figura 3.14). Este conjunto
foi deixado em repouso por 48 horas. (Nos primeiros seis ensaios a carga usada
foi 800g, mas por problemas apresentados na preparação do corpo de prova
esta carga foi diminuída a 600 g). Entretanto esta mudança não influenciou as
análises de remoção de cromo, visto que até os primeiros 6 ensaios não foi
possível determinar a quantidade de cromo no solo pela metodologia utilizada.
Figura .3.14 Preparação do corpo de prova no compartimento central da célula
eletrocinética
Embolo
Placa de acrílico
Cilindro de PVC
Carga
Parte central da célula
Pedra porosa e papel de filtro
53
Após 48 horas a carga e o êmbolo foram retirados e o excesso de
material que ficou no compartimento cilíndrico de PVC, acima do nível do corpo
central, foi utilizado para medir concentração de cromo no sedimento, o valor do
pH e a umidade. A base de acrílico foi desmontada e o corpo de prova ficou no
compartimento central.
3.8.2
Descrição do ensaio.
Foi montada a célula eletrocinética, tomando cuidado de colocar papel
filtro nos extremos do compartimento central entre o corpo de prova e a água
dos eletrólitos. Nos reservatórios dos eletrólitos foi introduzida água da Baía de
Guanabara, previamente filtrada, com bomba de vácuo, em papel de filtro nº 40
e colocadas as pipetas graduadas em cada reservatório. Estas pipetas também
foram preenchidas até a marca de 5ml com a mesma água. Foram conectados
os fios aos eletrodos e ligada a fonte com uma voltagem constante (Figura 3.15).
Durante os ensaios foram medidos o fluxo nas pipetas e a intensidade da
corrente.
CELULA ELETROCINÉTICA
FONTE
MULTIMETRO
Figura 3.15. Ensaio em andamento onde se pode observar a fonte que aplica uma
voltagem constante, o multímetro e a célula eletrocinética
O circuito elétrico no ensaio que deve ser formado para medir a
amperagem aplicando uma corrente constante pode ser esquematizado como
na figura 3.16.
54
Fonte
Figura 3.16. Esquema do circuito armado no ensaio eletrocinético
O tempo de duração dos ensaios variou entre 6 e 40 horas, dependendo
do objetivo do experimento. A voltagem aplicada variou de 5 a 7,5 volts. Ao final
de cada ensaio a célula foi desarmada, retirando os parafusos e os papeis filtro
(figura 3.17). O corpo de prova foi retirado com a ajuda de um bastão, tipo
pistão, de PVC (figura 3.18). O sedimento amoldado foi colocado sobre um
recipiente de vidro e dividido em três fatias aproximadamente iguais. Estas fatias
foram pesadas e de cada uma retiradas alíquotas para determinação de
percentagem de umidade, do valor do pH e da quantidade de cromo. Os
resultados serão apresentados e discutidos no capítulo 4.
Figura 3.17 Compartimento central
desarmado da célula eletrocinética após o
ensaio.
Figura 3.18 Procedimento para retirar o
corpo de prova após a eletrocinese.
Multímetro
Célula eletrocinética
55
Com a medição da intensidade da corrente e o volume acumulado do
fluxo eletro-osmotico pode se determinar os coeficientes de permeabilidade
eletro-osmótica e eficiência eletro-osmótica conforme a lei de Darcy.
Com os dados obtidos pode se calcular
t
VolumeQ
percolado=
Ai
QKe
e
=
Ie=V / l
Ki=Q/I
(Hamed et al.,1991)
Onde :
Q: Vazão (cm3/s)
t = tempo (s)
Ke = coeficiente de permeabilidade eletro-osmótica (cm2/V*s)
Ie = gradiente elétrico (V/cm)
V= voltagem
I = Intensidade de corrente (A)
Ki = Coeficiente de eficiência eletro-osmotica (cm3/As)
3.9
Materiais dos eletrodos
3.9.1
Aço inoxidável
Os aços inoxidáveis são ligas de ferro (Fe) e cromo (Cr) com um mínimo
de 10,50% de Cr. Outros elementos metálicos também integram estas ligas, mas
o Cr é considerado o elemento mais importante porque é o que dá aos aços
inoxidáveis uma elevada resistência à corrosão.
56
Os aços inoxidáveis surgiram de estudos realizados em 1912, tanto na
Inglaterra como na Alemanha. O aço estudado na Inglaterra era uma liga Fe-Cr ,
com cerca de 13% de Cr. Na Alemanha se tratou de uma liga que, além de Fe e
Cr, continha também níquel (Ni). No primeiro caso era um aço inoxidável muito
próximo ao que hoje chamamos de 420 e no segundo outro aço inoxidável
bastante parecido com o que hoje conhecemos como 302. (Carbó, 2001)
Os metais que constituem os aços inoxidáveis reagem com bastante
facilidade,mas o Cr possibilita a formação de filmes que protegem as ligas de
ataques subseqüentes. Este fenômeno onde o metal deixa de ser corroido é
conhecido como passividade.
3.9.1.2
Os diferentes tipos de aços inoxidáveis
Já foi comentado que os aços inoxidáveis são ligas Fe-Cr com um mínimo
de 10,50% de Cr. A adição de outros elementos permite formar um extenso
conjunto de materiais. Nos aços inoxidáveis, dois elementos se destacam: o
cromo, sempre presente, por seu importante papel na resistência à corrosão, e o
níquel, por sua contribuição na melhoria das propriedades mecânicas.
Mesmo existindo diferentes classificações, podemos, em princípio, dividir
os aços inoxidáveis em dois grandes grupos: a série 400 e a série 300.
A série 400 é a dos aços inoxidáveis ferríticos, aços magnéticos com
estrutura cúbica de corpo centrado, basicamente ligas Fe-Cr.
A série 300 é a dos aços inoxidáveis austeníticos, aços não magnéticos
com estrutura cúbica de faces centradas, basicamente ligas Fe-Cr-Ni.
3.9.1.2.1
Os aços inoxidáveis austeníticos
Os aços inoxidáveis austeníticos, dos quais o 304 (18%Cr-8%Ni) é o mais
popular, têm excelente resistência à corrosão, excelente ductilidade maior aos
ferriticos e excelente soldabilidade. São utilizados em aplicações em
temperatura ambiente, em altas temperaturas (até 1.150 ºC) e em baixíssimas
temperaturas , uma série de alternativas que dificilmente é conseguida com
outros materiais. (Carbó, 2001).
57
Dependendo do meio ambiente, o 304 não é o austenítico mais utilizado.
Um dos problemas enfrentado pelo 304 é o da ação corrosiva provocada pelo
ânion cloreto, Cl(-).
Dependendo da concentração de cloretos no meio, da temperatura e do
pH, três formas de corrosão podem ocorrer: por pites (figura 3.19), em frestas
(figura 3.20) e sob tensão . Destas três formas de corrosão, os ferríticos também
são propensos as duas primeiras e podemos dizer que, em geral, os
austeníticos possuem melhor resistência que os ferríticos às corrosões por pites
e em frestas, devido à ação do níquel, que favorece a repassivação do material
nas regiões onde o filme passivo foi quebrado por estas formas de corrosão.
(Fontana & Greene,1978)
Figura. 3.19 Corrosão por pites em aço 304,provocada por
uma solução ácida com presença de cloretos. (Fontana & Greene,1978, Carbó, 2001)
Figura. 3.20 Corrosão em frestas em um aço inoxidável (Fontana & Greene,1978,
Carbó,2001)
A adição de molibdênio (2%, aproximadamente) transforma o 304 no aço
inoxidável 316, um material muito mais resistente à corrosão por pites e em
58
frestas. Por exemplo, o 304 é recomendado para trabalhar, em temperatura
ambiente, com águas que contêm, no máximo, 200 ppm (partes por milhão) de
cloreto. O 316, nas mesmas condições, é recomendado em águas que
contenham até 800 ppm de cloreto. Se a quantidade de cloreto é mais alta (ou
mesmo sendo mais baixa, se a temperatura é mais elevada ou se o meio possui
características ácidas), o aço adequado seria o 317 que tem maiores
quantidades de molibdênio . (Carbó,2001).
A corrosão por pites e a corrosão em frestas são formas de corrosão
extraordinariamente localizadas e são bastante parecidas, na corrosão por
frestas é necessário que exista um interstício. O interstício pode ter sido criado
na construção do equipamento ou pode ser conseqüência do próprio processo,
como por exemplo uma incrustação ou um depósito nas paredes do mesmo.
3.9.1.3
Os aços inoxidáveis e os meios ácidos
Nos meios ácidos existe uma diferença fundamental no comportamento
dos aços inoxidáveis. Por um lado, os meios ácidos oxidantes ajudam a
conservar o filme passivo, como é o caso dos ácidos nítrico e fosfórico, este
último com algumas limitações que dependem da concentração e da
temperatura .
Por outro lado, os meios ácidos redutores o destroem. Como exemplo
deste caso podemos mencionar os ácidos clorídrico e fluorídrico. (Carbó 2001)
3.9.1.4
Os aços inoxidáveis e os meios que contêm cloretos.
Em meios que contêm ânion cloreto, os aços inoxidáveis correm o risco de
sofrer formas localizadas de corrosão como as corrosões por pites e em frestas.
Neste caso o ataque provocará lacunas metálicas no filme passivo, como
pode ser visto na figura 3.21.
59
Figura 3.21 Esquema de lacuna metálica no filme (Baroux 2000,Carbó 2001)
A velocidade de criação de lacunas aumenta com a concentração de
cloretos no meio. O metal base migra ocupando essas lacunas, eliminando-as. A
concentração de lacunas metálicas dependerá das velocidades de criação e de
eliminação das mesmas.(Baroux 2000).
Se é predominante a velocidade de criação de lacunas, o filme passivo
perde coesão e acaba sofrendo rupturas localizadas.
3.9.1.5
Resistência à corrosão dos aços inoxidáveis na água.
Segundo Carbo, 2001 a adição de hipoclorito de cálcio em reservatórios
de água pode provocar corrosão por pites devido à lenta dissolução deste sal
na água e ao depósito da mesma como um sólido na superfície do aço
inoxidável. Outra forma de evitar este problema é usar uma solução de
hipoclorito de sódio. Existem limites para a utilização de hipocloritos, já que um
ânion como o cloreto pode provocar corrosão por pites e em frestas.
A adição de oxidantes para controlar as bactérias deve ser feita sempre
com muitos cuidados. Para soluções que possuem uma quantidade de cloro livre
entre 3 e 5 ppm, recomenda-se o 316/316L, para que seja evitada a corrosão
em frestas.
60
3.9.1.6
Eletrodos de aço inoxidável
Inicialmente foram realizados três ensaios de eletrocinese utilizando
eletrodos de aço inoxidável 316 , os mesmos que foram utilizados nas
dissertações de Monterroso, 2002, Mergulhão, 2002 e Sousa Pinto , 2002.
(Figura 3.22)
Figura 3.22 Eletrodos de aço inox depois do ensaio (anodo –catodo)
3.9.2
O grafite
A grafite corresponde a uma das três formas alotrópicas do carbono. As
outras são o carbono amorfo e o diamante. Cristaliza-se no sistema hexagonal
regular com simetria rômbica. É um mineral de variadas propriedades físicas, é
mole, facilmente desgastável, untuosa , de boa condutibilidade elétrica e tem
numerosas aplicações industriais.
O grafite natural encontra-se em três formas, que determinam o emprego
industrial: amorfa, cristalina e em lâminas.
A condutividade e outras características fisicas do grafite, como plano de
clivagem e características lubrificantes se devem ao arranjo dos átomos no
material, formando estruturas em forma de folhas, atraídas por ligações
fracas(van der Walls). A condutividade se dá ao longo da folha, de forma que no
sólido, há variação da condutividade dependendo da posição em que esteja,
mais alta ao longo das folhas e menor perpendicularmente a estas.
O grafite pode ser natural ou sintético, o grafite natural é umas das
formas do carbono encontradas na natureza, ja o sintético é produzido
industrialmente com uso de altas temperaturas e pressão e matérias primas tais
como o coque de petróleo ou a antracita.
61
3.9.2.1
Características físicas do grafite
• Brilho metálico sólido.
• Dureza na escala Mohs é 1 - 2
• Fratura porosa.
• Cor preto metálico.
• Transparência dos cristais são opacos
• Traço é cinza escuro ou castanho escuro
O grafite é inerte, não é tóxico e ao entrar em contato com a pele e os
olhos deve ser lavado apenas com agua e sabão. É utilizado na indústria
aeroespacial para fabricação de componentes de alta tecnologia, na indústria
nuclear, química, automotiva, metal mecânica, metalúrgica, papel e celulose,
aeronáutica, marítima, transportes, vidros, indústria de selos mecânicos, bombas
de vácuo, ferramentas, tecnologia médica, mineração, petroquímica, refinarias
de petróleo, farmacêutica, alimentícia, saneamento, eletricidade e indústrias em
geral.
3.9.2.2
Eletrodos de grafite
A partir do quarto ensaio até o sexto ensaio um dos eletrodos de aço inox
(o do anodo) da célula eletrocinética foi trocado por um eletrodo de grafite
(Figura 3.23).
Figura 3.23. Eletrodo de grafite
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O grafite é um material poroso por tanto foi preciso impermeabilizar uma
superfície do eletrodo, para que assim a água do eletrólito não saísse do
compartimento. Foi utilizado um látex na parte exterior do eletrodo, que está em
contato com o acrílico de maneira de não ter interferência na corrente. A partir
do sétimo ensaio tanto no anodo quanto no catodo foram utilizados eletrodos de
grafite.
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