Os revestimentos protegem eficazmente contra a abrasão e a corrosão?

Existe no mercado um elevado número de produtos para revestimentos cujos fabricantes anunciam como tendo propriedades contra a corrosão e desgaste abrasivo.

Os fabricantes de equipamentos têm utilizado esses produtos numa base experimental, por forma a verificar se, na prática, algum desses produtos realmente ajuda na performance dos seus equipamentos, ao proporcionar-lhes uma maior resistência ao desgaste abrasivo, cavitação e/ou corrosão. A KSB avaliou a tecnologia dos revestimentos, através de uma série de testes efectuados na sua fábrica em Pegnitz (Alemanha), especializada em tecnologia de materiais, para mais claramente avaliar as reais capacidades destes produtos, quando aplicados em bombas centrífugas. 

Os materiais das bombas centrífugas estão sujeitos a esforços muito complexos. O desenvolvimento estrutural e hidráulico de um determinado componente implica esforços mecânicos e térmicos, a que os mesmos vão estar sujeitos. Adicionalmente, todos os componentes em contacto com o fluído estão sujeitos às propriedades desse mesmo fluído. Dependendo das características deste, podemos estar perante efeitos de corrosão, abrasão e cavitação que irão afectar os componentes da bomba. 

O ferro fundido e os aços de baixa liga são materiais standard em aplicações de águas de abastecimento público, águas residuais e circuitos de arrefecimento – devido ao seu preço, facilidade de construção e disponibilidade. No entanto, devido às suas limitações de resistência e durabilidade, estes materiais rapidamente atingem os seus limites na presença de fluidos abrasivos e/ou corrosivos, originando danos nos principais componentes hidráulicos das bombas (impulsores e volutas). Por forma a evitar a utilização de materiais mais dispendiosos – os aços inox. – normalmente o mercado disponibiliza uma série de revestimentos, como solução alternativa a estes problemas. É, contudo, normalmente difícil encontrar no mercado um revestimento adequado pois existem algumas condições que têm que ser satisfeitas. 

Critérios fundamentais

  • Resistência química ao fluído, à sua temperatura de serviço.
  • Acessibilidade à geometria integral do componente para a aplicação do revestimento.
  • Aprovação do revestimento para água potável (nessa aplicação)
  • Facilidade de maquinagem nas superfícies de vedação e nas zonas com folgas funcionais.

Para os utilizadores, o problema é encontrar, de entre tantas marcas e tipos de revestimento disponíveis no mercado, aquele que mais se adequa à sua aplicação. Os fabricantes de revestimentos utilizam vocabulário muito apelativo como “extremamente resistente à abrasão” ou “muito resistente à corrosão” ou “resistente à cavitação”, entre outros, mas todos eles de pequena ajuda ao fim pretendido. Para que, realisticamente, se possa avaliar a aptidão destes revestimentos e a sua utilização em componentes das bombas centrífugas, a KSB sujeitou alguns destes revestimentos a ensaios de abrasão e cavitação. 

2 grupos de revestimentos 

Com base na sua composição orgânica, os revestimentos em análise podem ser agrupados em duas categorias: resinas epóxicas e poliuretanos

Resinas epóxicas 

A maioria dos revestimentos analisados pertence a este grupo (tabela 1). Para aumentar a sua capacidade de resistência à abrasão, estas resinas são misturadas com partículas de cerâmica dura, alumina, carbonetos de silício, ou equivalente.

New content item Tabela 1 – Revestimentos testados, com base de resina epóxica

Os vários tipos de revestimento diferem pelo tipo de resina epóxica, pelo tipo de “endurecedor” e pela natureza, quantidade e distribuição da sua “componente dura”. O “endurecedor” é normalmente misturado na resina epóxica imediatamente antes da aplicação. Após aplicado, normalmente endurece à temperatura ambiente. A aplicação pode ser efectuada por spray, pincel ou espátula. Uma vez que contêm componentes cerâmicos, os seus fabricantes erradamente atribuem-lhes a designação de "revestimentos cerâmicos" o que não é rigoroso. Nas figuras 1 a 3 podemos observar exemplos típicos destes revestimentos:

New content item Fig.1- secção transversal do revestimento Thortex Cerami Tech FG, onde se podem observar as partículas cerâmicas brilhantes numa matriz epóxica cinzenta e a presença das bolhas de ar, a preto.

New content item Fig.2- fotografia da superfície fracturada do revestimento ARC MX2. Podemos ver as esferas de alumina numa matriz epóxica.







New content item Fig.3- secção transversal do revestimento SiConit, onde podemos ver os componentes brilhantes de carboneto de silício numa matriz cinzenta epóxica.

New content item Fig.3- secção transversal do revestimento SiConit, onde podemos ver os componentes brilhantes de carboneto de silício numa matriz cinzenta epóxica.

Poliuretano (PU) 

Estes revestimentos são constituídos à base de poliuretano. São normalmente aplicados por spray, a pincel ou moldados, dependendo da sua formulação e tipo de aditivos utilizados. O poliuretano, sem partículas sólidas, é frequentemente utilizado na prevenção do desgaste abrasivo. Tal como nos vedantes à base de borracha, a sua elasticidade promove o amortecimento da energia cinética oriunda do impacte dos sólidos na sua superfície, reduzindo assim o desgaste por abrasão. 

Dois tipos de revestimentos, à base de poliuretano, foram analisados:

  • Revestimentos à base de PU reforçados na fase dura (semelhantes aos revestimentos de resina epóxica)
  • Revestimentos à base de PU sem reforço na fase dura (semelhantes aos vedantes de borracha)

New content item Tabela 2 – Revestimentos, à base de poliuretano

Resistência ao desgaste abrasivo e à cavitação 

Foram criadas condições para realização dos ensaios de abrasão e cavitação, para avaliar a capacidade de resistência de cada um dos revestimentos. 

Ensaio de abrasão: foram efectuados testes com jacto de água + areia (contendo quartzo com granulometria de 80 μm), a uma velocidade de 15 m/s e um ângulo de impacto de 45º. 

Após os testes foi avaliada o nível de energia específica de desgaste, Ve, em função da massa perdida por cada amostra 

Conclusões 

Os diagramas 1 e 2 demonstram os resultados obtidos do ensaio por jacto de areia a que cada uma das amostras dos revestimentos foi sujeita. Para efeitos comparativos foram incluídos os níveis de energia específica de desgaste de alguns dos materiais da KSB (Norihard, Noricrom, Noridur) e do ferro fundido JL 1040 (GG-25).

Diagramas 1 e 2 – resultados obtidos no teste de jacto de areia

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A experiência demonstra que o nível de desgaste nos revestimentos está sujeito a um efeito prolongado, por isso para obter níveis de energia específica de desgaste comparáveis, alguns revestimentos foram analisados uma 2ª vez, 2 horas após o 1º ensaio. Este fenómeno (efeito prolongado) é caracterizado pelo facto dos polímeros – devido à sua elasticidade - serem erodidos ficando a sua superfície alterada. Só quando as partículas duras (cerâmicas) estão completamente livres e à vista, é que se observa efectivamente o efeito anti-desgaste. Os compostos mais pastosos, contendo maiores quantidades de partículas duras, conferem manifestamente um maior efeito prolongado, embora - após este - o efeito seja mais demorado. 

Os revestimentos para aplicação a pincel – mais líquidos – são mais fáceis de aplicar e apresentam um comportamento diferente dos anteriores, pois mantêm desde o início o seu nível máximo de resistência à abrasão. Isto significa que as pequenas partículas duras oferecem uma pequena resistência. De entre os revestimentos à base de poliuretano, os puros (sem qualquer adição de materiais duros) são os que apresentam os níveis de desgaste mais baixos (melhores), enquanto que as variedades com partículas duras são substancialmente superiores quando comparados com os revestimentos à base de resinas epóxicas. Apenas os revestimentos apresentados na tabela 3 apresentam níveis de desgaste comparáveis ao ferro fundido e ao Noridur. As conclusões podem ser assim identificadas:

New content item Tabela 3 – revestimentos com níveis de desgaste comparáveis aos do ferro fundido JL 1040 (GG-25)

  • A resistência à abrasão dos diferentes tipos de revestimento varia muito
  • Na maioria dos casos os níveis de desgaste são superiores (piores) aos do ferro fundido JL 1040 (GG-25)
  • Nenhum dos revestimentos se aproxima dos níveis de resistência ao desgaste obtidos com o Norihard. 

Devem ser considerados, para uma interpretação adequada das conclusões obtidas, que:

  • Os ensaios foram efectuados meramente em termos comparativos da influência de um jacto de areia e água.
  • Não foram tidos em consideração os efeitos da corrosão para a análise do desgaste abrasivo.

Nestas condições, o nível de desgaste do Noridur é apenas ligeiramente inferior ao do ferro fundido JL 1040 – o que vai totalmente contra o que se verifica na prática. A experiência demonstra que em muitos casos de desgaste abrasivo, são substituídos componentes de ferro fundido por componentes em aço inox. Isto porque os componentes das bombas estão sujeitos a inúmeros outros factores (corrosão, caudal contínuo, cavitação, diferentes tipos de sólidos, etc) que contribuem conjuntamente para o desgaste do materiais. No caso específico do ferro fundido, a corrosão é de fundamental importância. A bombagem de fluidos corrosivos, mesmo que ligeiramente, leva a que frequentemente ocorram danos de corrosão/abrasão nos impulsores das bombas centrífugas. A película superficial protectora do material é mecanicamente destruída por desgaste e leva a que o metal em si seja rapidamente corroído. 

Em conclusão, face aos resultados obtidos, a KSB recomenda que sejam convenientemente avaliadas as características do fluído (sua composição e caracterização) e o tipo de funcionamento previsto para o equipamento (probabilidade de existência de cavitação, velocidade de rotação, velocidade de escoamento) antes de se optar pela selecção do tipo de revestimento a aplicar, pois corremos o risco de estar a efectuar um revestimento do qual poderemos não obter qualquer proveito em termos de vida útil do equipamento.

João Leite, Director Geral



















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