Corrosão e Materiais

Código:

EQ407

Sigla:

CM

Ocorrência: 2001/2002 - 2S

Ativa?	Sim
Curso/CE Responsável:	Engenharia Química

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
LEQ	98	Plano Oficial EQ a partir 1995	4	3,5	5,5	-

Língua de trabalho

Português

Objetivos

Adquirir conceitos gerais sobre a corrosão

Caracterizar o estado metálico. Introduzir o conceito de estrutura em ligação com o estado de observação. Compreender e interpretar os defeitos ou imperfeições estruturais. Analisar e interpretar diagramas de equilíbrio de ligas metálicas, em especial das binárias associadas às ligas ferro-carbónicas. Mostrar a importância dos tratamentos térmicos nas propriedades das ligas ferro-carbónicas.

Aplicar os princípios termodinâmicos aos sistemas electroquímicos de corrosão.
Compreender, definir e deduzir as expressões de potencial para vários eléctrodos.
Saber calcular e interpretar as diferenças de potencial entre interfaces.
Compreender a importância do conhecimento dos potenciais “standard” na previsão do comportamento dos sistemas electroquímicos de corrosão.

Compreender, interpretar e estabelecer a teoria da cinética dos fenómenos corrosivos.
Adquirir sensibilidade para os mecanismos electroquímicos de corrosão.
Incorporar os conceitos cinéticos a vários sistemas electroquímicos.
Aplicar as equações de transporte a situações práticas.


Aplicar os princípios termodinâmicos e cinéticos aos fenómenos de corrosão na ausência de electrólito.
Adquirir sensibilidade para os mecanismos responsáveis pelo crescimento dos filmes.


Compreender, interpretar e estabelecer os mecanismos responsáveis por várias formas de corrosão.

Estudar os fenómenos corrosivos em determinados meios seleccionados, analisar o efeito de certos parâmetros e os métodos de prevenção contra a corrosão.

Compreender, interpretar e aplicar os processos e as metodologias para controlar os fenómenos de corrosão por mecanismo de corrosão húmida ou seca.

Aplicar os conhecimentos adquiridos na escolha dos materiais face a diversos meios corrosivos.

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

No actual programa de estudos da licenciatura em Engenharia Química da Faculdade de Engenharia (Apêndice 4), a disciplina de Corrosão de e Materiais tem uma escolaridade prevista de 13 a 14 semanas, tendo por semana duas aulas teóricas (T) com a duração de uma hora cada, e uma aula prática (P) ou teórico – prática (TP) com a duração de duas horas.
No domínio da “ciência de base”, a preparação fundamental é assegurada nos primeiros três anos do plano de estudos. Assim, as disciplinas de Química Geral I e II proporcionam os conhecimentos elementares das redes cristalinas, forças de ligação, transformações e equilíbrios químicos; as disciplinas de Termodinâmica I e II introduzem os conceitos termodinâmicos, cinéticos e diagramas de equilíbrio; a disciplina de Laboratórios de Química Física apresenta a estrutura e propriedades dos electrólitos; as disciplinas de Mecânica de Fluidos e Fenómenos de Transferência I e II os fenómenos de transporte; as disciplinas de Álgebra, Análise Matemática I, II e III estabelecem os princípios fundamentais para a resolução de sistemas de equações; a disciplina de Métodos Numéricos fornece os princípios dos métodos aplicados a sistemas de equações não lineares; a disciplina de Informática faculta os conhecimentos para se utilizarem os métodos computacionais de análise; a disciplina de Física dá os princípios de transporte de energia em campos eléctricos; e a disciplina de Métodos Instrumentais de Análise apresenta os diversos procedimentos instrumentais de análise dos sistemas, em particular os de índole electroquímica.
A integração da disciplina de Corrosão e Materiais no 2º semestre do 4º ano da licenciatura surge pois na sequência lógica de conhecimentos adquiridos, indispensáveis ao seu bom funcionamento.
No contexto actual do plano de estudos, o conteúdo desta disciplina poderá ter oportunidade de ser utilizado nas disciplinas de Anteprojecto e Projecto de Investigação

Programa

Apresentação - dedicado à exposição do programa da disciplina, do seu funcionamento, métodos de avaliação e divulgação dos trabalhos práticos a realizar no decurso do ano.
Introdução à Corrosão - serve essencialmente para apresentar conceitos gerais sobre os fenómenos de corrosão, mecanismos e formas de corrosão habituais. Aproveita-se para perspectivar o conceito de engenharia e ciência, assim como salientar a necessidade da optimização dos processos (Peters e Timmerhaus, 1991) face ao binómio custos - economia, e dos problemas ambientais associados aos fenómenos corrodentes. Os custos de corrosão podem ser reduzidos em cerca de 25% quando se recorra a adequados processos de controle.
Materiais Metálicos - pretende mostrar a importância da composição físico-química no comportamento das ligas ferro-carbónicas. Os diagramas de equilíbrio são analisados como um meio que permite interpretar as possíveis alterações estruturais resultantes de tratamentos térmicos.
Mecanismo da Corrosão Húmida - Termodinâmica - tem como objectivo esclarecer as bases dos fenómenos de corrosão electroquímicos. A célula de corrosão é analisada termodinâmicamente através do emprego da equação de Nernst - potenciais de eléctrodo e força electromotriz da célula. A partir de exemplos de células de concentração com transporte e sem transporte introduz-se o conceito de potencial de junção liquida - Equação de Henderson. Estuda-se o mecanismo pelo qual as diferenças de potencial são estabelecidas nas células e mostra-se como se podem aplicar os potenciais “standard” em critérios de estabilidade e na construção dos diagramas potencial-pH. Os diagramas de Pourbaix são analisados de modo a evidenciar a preciosa ferramenta que são para formular os métodos de controle de corrosão e também prever os possíveis produtos de corrosão.
Mecanismo da Corrosão Húmida - Cinética - visa fundamentalmente apresentar uma teoria que possa quantitativamente racionalizar o comportamento observado da cinética dos eléctrodos relativamente ao potencial e concentração.
Este capítulo inicia-se com a introdução do conceito de dupla camada eléctrica, discutindo-a no contexto das interacções entre os iões e a interface metálica submetida a diferentes potenciais. Então, a teoria dos processos cinéticos é aplicada às reacções de eléctrodo de modo a gerar as expressões de velocidade para reacções simples e múltiplas. É salientado o significado da polarização como sendo uma consequência das limitações cinéticas das reacções e do seu papel na velocidade de corrosão. A equação de Tafel é indubitavelmente uma das mais importantes equações na ciência e engenharia da corrosão. A teoria do potencial misto possibilita avaliar as situações correspondentes a interfaces múltiplas
Mecanismo da Corrosão Seca - aborda a oxidação dos metais no contexto dos fenómenos envolvidos e dos mecanismos controladores na formação e crescimento dos filmes. As leis cinéticas de crescimento das películas são introduzidas e relacionados com a termodinâmica, cinética e factores mecânicos.
Formas de Corrosão – analisa as diferentes formas de corrosão mais comuns na prática. O mecanismo e procedimentos preventivos são apresentados.
Corrosão em Determinados Meios Corrodentes – estuda o comportamento dos metais e ligas em meios corrosivos seleccionados: água; solo; atmosfera; meios ácidos; meios alcalinos; meios com a presença de microorganismos; outros meios.
Processos de Protecção Contra a Corrosão - apresenta cinco métodos que podem ser utilizados no combate á corrosão: protecção catódica, protecção anódica, revestimentos, inibidores e ligas metálicas. Cada método é relacionado com os princípios termodinâmicos e cinéticos descritos.
Selecção de Materiais - introduz as ideias básicas para a escolha dos materiais e concepção estrutural para atenuar a corrosão face á acção de meios corrosivos. O comportamento químico de alguns materiais é analisado face a meios corrodentes habituais.

Bibliografia Principal

1. Jones, D. A., Principles and Prevention of Corrosion, 2nd ed., Prentice Hall, NY (1996).
2. Trethewey, K. R. e J. Chamberlain, Corrosion for Science and Engineering, 2nd ed., Longman Scientific and Technical (1995).
3. Guy, A. G.; Ciência dos Materiais, McGraw-Hill, Inc,., S. Paulo (1980).
4. Fontana, M. G. e N. D., Greene, Corrosion Engineering, Mc Graw-Hill, USA (1978).

Bibliografia Complementar

5. Bard, A.J., L.R. e Faulkner, Electrochemical Methods - Fundamentals and Applications, John Wiley & Sons, Singapore (1980)
6. Evans, U. R:, Corrosion and Oxidation of Metals, Edward Arnold Lda, London (1960)
7. Uhlig, H. H., Corrosion y Control de Corrosion, Ediciones Urmo (1970)
8. Uhlig, H. H., The Corrosion Handbook, Wiley, New York (1948 .Bard, A.J., L.R. e Faulkner, Electrochemical Methods - Fundamentals and Applications, John Wiley & Sons, Singapore (1980).

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

A estrutura das aulas é dividida em aulas teóricas (26 h.), do tipo magistral, por aulas teórico-práticas (12 h.) onde são resolvidos problemas e também podem ocorrer breves exposições teóricas e projecção de filmes, e por aulas práticas (14 h.); nestas são executados trabalhos experimentais para sedimentação da informação fornecida nas aulas teóricas e teórico-práticas.
A organização e condução das aulas teóricas terá de ter em atenção a minimização dos inconvenientes que normalmente lhe são atribuídos: impessoalidade, passividade da audiência, monotonia, muito conteúdo e pouca interacção, etc. A organização das aulas teóricas deve fazer-se de modo a observarem-se as seguintes regras gerais (Hanzevack e McKean): planear o conteúdo dum modo inteligente, útil, coerente e atraente, estruturar objectivos e definir estratégias para manter atenta e dialogante a audiência. Sem prejuízo da situação de momento, a condução da aula teórica-padrão deverá ser composta por cinco etapas: arranque, exposição, paragem/discussão, exposição e conclusão. O arranque serve para colocar os objectivos da aula em simultâneo com a escrita do sumário, permitir a adaptação e chegada dos alunos atrasados e perspectivar o modo de atingir os objectivos propostos e o seu significado. Nas fases de exposição, com o auxílio de audiovisuais (desenhos, fotografias, slides, tabelas, gráficos), apresentar-se-á a matéria numa sequência lógica e procurar-se-á manter sempre atenta a audiência pela integração de exemplos da indústria. A fim de recuperar “faltosos”, no início da exposição far-se-á uma breve recapitulação do essencial da aula anterior. A paragem no decurso da exposição visa provocar a discussão sobre a matéria e reactivar a motivação. Finalmente, a conclusão sintetizará o essencial dos conhecimentos expostos e, por vezes, perspectivará a próxima aula.
As aulas teórico-práticas destinam-se a complementar os conhecimentos da teórica através da colocação de problemas e projecção de filmes.
Os trabalhos práticos propostos procurarão não só criar nos alunos o hábito de experimentar sem ter o medo de estragar, como também uma análise crítica das observações daí resultantes por via de um conveniente questionário
Quando haja que recorrer a métodos computacionais para a resolução de problemas, não deixará de se sugerir aos alunos uma tomada de posição crítica face à metodologia utilizada (Hevers e Seader, 1992). Este aspecto é importante para os alunos sentirem se a solução proveniente da “máquina” é compatível fisicamente com o sistema em questão. Assim preconizar-se-á o seguinte modo de actuação:

- resolver a solução analítica aproximada
- resolver o problema através do computador
- discutir se a solução do computador tem algum significado
- explorar então as potencialidades de simulação do problema, por variação de parâmetros, usando o computador.

Admitimos a hipótese do trabalho individual, atitude legítima de um aluno, contudo privilegiaremos sempre o trabalho de grupo (2 a 3 alunos) por permitir atingir os objectivos pretendidos.
Como já foi referido aquando da apresentação do programa, a primeira aula prática servirá para a apresentação do programa, bibliografia aconselhada, sistema de avaliação, definir os temas dos trabalhos complementares e laboratoriais, horas limites para a entrada nas aulas e como se organizará o trabalho das aulas práticas. Também se solicita aos alunos que colaborem, de forma a mostrar explicitamente o interesse numa relação franca e aberta entre aluno e professor, para coesos, interpretarem o sentido do binómio ensino-aprendizagem.