Os aços silício são ligas ferríticas de ferro e silício que possuem propriedades magnéticas que os tornam úteis em motores e transformadores. As adições de silício melhoram a suavidade magnética e aumentam a resistividade elétrica. Eles também têm os efeitos indesejáveis de diminuir a temperatura de Curie, reduzir a magnetização de saturação e turvar a liga quando as adições de silício excedem 2% em peso. Os efeitos frágeis do silício tornam difícil a produção de aços ao silício com mais de 3% em peso de silício. Os aços silício são produzidos em duas formas: ligas com grãos orientados altamente texturizados e ligas nas quais os grãos não são orientados. A orientação dos grãos é realizada para alinhar o eixo magnético fácil.
Gerenciamento e controle de corrosão
Os ânodos de ferro-silício são geralmente fornecidos em tamanhos padrão, por exemplo, para peças fundidas sólidas de 50 ou 75 mm de diâmetro e 1,2 ou 1,5 m de comprimento, e são completados com uma cauda de cabo. Esses ânodos são feitos de ferro fundido com alto teor de silício, 14 a 15%, junto com pequenas porcentagens de elementos de liga como o cromo.
Os ânodos estão disponíveis com cabeças ampliadas dentro das quais as pontas dos fios são terminadas e encapsuladas com resina e tampas protetoras termorretráteis. Estão disponíveis em versão “simples” ou “dupla” com, respectivamente, conexão de cabo em uma extremidade ou em cada extremidade. Os ânodos de extremidade dupla podem ser fornecidos em múltiplas cadeias de ânodos com um único fio por cadeia.
Os ânodos tubulares fundidos a frio para centrífugas também estão disponíveis em diâmetros de 55 a 170 mm e em comprimentos de 1,5 e 2,1 m com conexão de cabo central. Existem dados que indicam que os ânodos fundidos a frio são mais consistentes no seu desempenho, presumivelmente devido à sua estrutura de grão mais fina e consistente, e que a ligação central dos cabos resulta num fator de utilização de massa anódica mais elevado, uma vez que os efeitos finais não resultam no consumo prematuro da(s) extremidade(s) da ligação do cabo.
O ferro-silício com 4,5% de cromo tornou-se a liga de ferro-silício mais amplamente usada para ânodos de corrente impressa, mas só deve ser usado quando o teor de cloreto do eletrólito for significativo. Em solos com baixo teor de cloreto, a tenaz película de óxido que se forma na liga de cromo e proporciona sua baixa taxa de consumo em água do mar e outros ambientes de cloreto, pode se tornar altamente resistiva e causar falha aparente no ânodo/leito do solo.
As principais desvantagens dos ânodos de ferro-silício são seu peso e extrema fragilidade, o que se traduz em altos custos de transporte e possível quebra desde a fundição até o local de proteção catódica, principalmente se este estiver localizado no exterior. Este ânodo ainda é amplamente utilizado porque seu desempenho está muito bem estabelecido e é resistente a diversas condições de operação.
PROTEÇÃO CATÓDICA
PRINCIPAIS ANODOS DE CORRENTE IMPRESSOS
Os principais ânodos atuais impressos são os seguintes:
FERRO FUNDIDO COM ALTO TEOR DE SILICONE
Os ânodos de ferro-silício são compostos de ferro como metal base com aproximadamente 15% de silício e 1% de carbono, ainda ligados com cromo (5%), manganês (1%) e molibdênio (2%). A saída de corrente máxima é de 50 A/m2 e a taxa de consumo está entre 90 e 250 g/A/ano. Ânodos contendo Mo são usados em meios de alta temperatura.
Uma análise típica do ânodo de ferro fundido com alto teor de silício é mostrada na Tabela 5.8. Geralmente usado para aplicações de proteção catódica de aterramento.
Análise de um ânodo fundido de silício típico
| Elemento | Percentagem |
|---|---|
| Silício | 14,35 minutos |
| Carbono | 0,85 máx. |
| Manganês | 0,65 máx. |
| Ferro | Descansar |
SUCATA DE METAL
Tem a vantagem de ser barato e estar disponível em abundância. A taxa de consumo de sucata de tubos e trilhos de aço macio e sucata de ferro fundido varia. Para sucata de aço-carbono, a taxa de consumo é de 6,6 a 9,0 kg/ano, e para ferro fundido, de 0,9 a 9,0 kg/ano. O aço é utilizado na forma de antigas linhas ferroviárias, tubos e seções estruturais. A taxa de consumo de sucata de aço é geralmente uniforme. O material está disponível principalmente na forma de seções longas e finas e, dependendo se essas seções são instaladas horizontalmente ou verticalmente, podem encontrar estratos de solo com resistividades diferentes, causando corrosão não uniforme. O ferro fundido tem a vantagem de ser de secção espessa e de tal forma que qualquer peça ficará num terreno de resistividade mais ou menos uniforme. Além disso, a superfície do grafite fica exposta à medida que o ferro externo é consumido. O ferro restante na forma de grafite atua, portanto, como um ânodo de grafite.
ÂNODOS DE GRAFITE
Eles têm as vantagens de proteção anticorrosiva de longa duração, baixos custos de manutenção e alta eficiência. A densidade de corrente anódica típica está entre 10,8 e 40,0 A/m2 (1,4 A/ft2). A taxa de consumo está entre 0,225 e 0,45 kg (0,5 e 1,0 lb) por ano. Geralmente têm formato cilíndrico, embora existam outros formatos.
Platina TITÂNIO
Esses ânodos são usados para água salgada ou água doce onde a condutividade é muito baixa. O titânio desenvolve uma camada de óxido aderente com alta resistência elétrica. A camada de óxido evita a corrosão agindo como uma barreira. O titânio atua como um suporte inerte para a platina. A platina pode suportar uma densidade de corrente muito alta e geralmente é aplicada apenas em uma pequena área. A camada de platina tem geralmente 2,5 mícrons de espessura e sua vida útil é estimada em 10 anos. Folhas de titânio, de 1 a 2 mm de espessura com uma camada de platina de 2,5 a 5,0 µm, podem ser carregadas a 10 A/dm2 ou ao longo de vários anos. Ânodos de haste com diâmetro de 10 a 25 mm são frequentemente usados para proteção de vasos, tubulações, condensadores, terminais de óleo térmico, etc. Densidades de corrente de até 50 A/ft2 (540 A/m2) podem ser obtidas. No entanto, o ânodo deve ser usado em baixa tensão.
ÂNODOS DE CHUMBO
Os ânodos de chumbo são feitos de várias ligas de chumbo, como Pb-1Ag-6Sb e Pb-1Ag-5Sb-1Sn. A densidade de um ânodo de chumbo está entre 11,0 e 11,2 g/cm3.
Pb-1Ag-6Sb tem capacidade de 160-220 A/m2 e taxa de consumo de 90 g/ano ou 0,009 kg/ano a uma densidade de corrente de 10 A/ft2 (108 A/m2). O outro ânodo, contendo 10% de Sn e 5% de antimônio, tem capacidade de 500 A/dm2 e consumo de 0,3 a 0,8 kg/ano. Esta liga possui boas propriedades mecânicas e pode ser estendida a qualquer formato. Ânodos de chumbo-prata ou chumbo-platina com diâmetro de 7,5 cm, comprimento de 75 cm e peso de 36 kg ou com diâmetro de 5 cm, comprimento de 180 cm e peso de cerca de 45 kg são usados na forma de ânodos redondos para proteger as estruturas marinhas da corrosão. Eles também são usados para proteger navios.
Transformadores elétricos
Materiais principais
O uso do ferro silício como material de núcleo magnético foi introduzido no início do século XX. O ferro silicioso tem permeabilidade relativamente alta e o aumento da resistividade devido ao silício ajudou a reduzir as perdas parasitas. Até o final da década de 1930, folhas finas de ferro silício laminadas a quente, muitas vezes chamadas de aço silício, eram usadas quase exclusivamente em núcleos de transformadores. Como o ferro silício laminado a quente tem aproximadamente as mesmas propriedades magnéticas em todas as direções no plano das laminações, uma simples junta de canto sobreposta de 90 graus poderia ser usada para os núcleos empilhados.
No final da década de 1930, um novo material, o ferro silício de grão orientado, foi desenvolvido para transformadores. Este material melhorou as características magnéticas na direção de laminação, mas piorou perpendicularmente a esta direção. O ferro silício laminado a quente é composto de cristais ou grãos orientados aleatoriamente. Este recurso torna as propriedades iguais em todas as direções. No ferro silício de grão orientado, os processos adicionais de laminação a frio e tratamento térmico utilizados resultam em laminações, com uma grande porcentagem de cristais orientados na direção da laminação. Nos cantos dos núcleos empilhados com material orientado, uma junta de topo em esquadria de 45º é frequentemente usada para reduzir as perdas nas juntas. Atualmente, a maioria dos transformadores utiliza material de grão orientado em espessuras de laminação da ordem de 0,2 a 0,3 mm.
É interessante notar que, embora os atuais materiais magnéticos utilizados em núcleos possuam uma estrutura cristalina, existe uma nova classe de ligas magnéticas não cristalinas em pesquisa e desenvolvimento. São metais amorfos, cujo estado amorfo é produzido pelo resfriamento muito rápido da fusão da liga.
As ligas metálicas amorfas têm níveis de perda muito mais baixos do que os materiais de núcleo com grãos orientados. Contudo, uma vez que estes materiais são actualmente produzidos em forma de fita muito fina, são mais facilmente aplicados em núcleos enrolados. Atualmente, um número considerável de transformadores de distribuição já foi fabricado com esse material e seu desempenho está sendo monitorado em campo.
