Corrosão em equipamentos de transporte vertical

Uma análise do impacto nos componentes.

Por Dr. Michael Davies

Elevadores e escadas rolantes operam em diversos ambientes, alguns potencialmente corrosivos, como ambientes marítimos ou industriais pesados. Nessas aplicações, os materiais comuns de elevadores não são adequados, sendo necessários materiais de construção diferentes. Em elevadores que operam em edifícios comerciais ou residenciais, é improvável que construções padrão sofram corrosão em condições normais. Se houver presença de água, por exemplo, em fossos de elevadores, a corrosão generalizada ou por pite torna-se mais provável. Existem algumas áreas em elevadores residenciais ou comerciais onde a corrosão pode ser esperada e precisa ser detectada e prevenida. 

Formas de Corrosão

As formas de corrosão que podem ser encontradas incluem:  

• General — ataque que se distribui de forma mais ou menos uniforme pela superfície.  
• Eletroquímica — processo no qual áreas separadas tornam-se anódicas e catódicas na presença de um eletrólito e transferem elétrons entre si. 
• Corrosão por pitting — ataque localizado na forma de cavidades. 
• Atrito — dano na interface entre duas superfícies em contato sob carga. 
• Ruging — provavelmente corrosão por atrito nos cabos do elevador.
• Ferrugem — produto da corrosão, principalmente óxido de ferro hidratado em metais à base de ferro.

Corrosão de componentes de elevadores

Cabos de aço

Como os cabos de aço frequentemente operam em ambientes de trabalho relativamente severos, como ambientes externos e marítimos, a corrosão ocorre devido às reações com o ambiente. A corrosão de cabos de aço pode ser classificada em duas categorias. O primeiro tipo é a corrosão generalizada devido ao contato com o ar, que leva à corrosão química e à corrosão eletroquímica. A corrosão química ocorre quando o cabo de aço é exposto a um ambiente ácido, e a corrosão eletroquímica ocorre em um ambiente com ar úmido. O segundo tipo é a corrosão localizada, como a corrosão por pite, na qual orifícios ou cavidades são produzidos no local onde o revestimento se rompe e se desprende. As cavidades de corrosão podem se aprofundar gradualmente na superfície do cabo de aço, levando à concentração de tensões, fissuras por fadiga e diminuição da resistência e flexibilidade. A concentração de tensões acelera a propagação das fissuras e, por fim, resulta em ruptura mecânica.

Os cabos de aço apresentam uma ampla variedade de designs e materiais de núcleo, dependendo da aplicação específica. Os fios de aço externos também possuem diferentes configurações, mas todos os cabos de aço estão sujeitos a desgaste e podem sofrer corrosão por atrito. A corrosão por atrito é definida como a deterioração na interface de duas superfícies em contato sob carga, acelerada pelo movimento relativo entre elas com amplitude suficiente para produzir deslizamento. Isso geralmente ocorre, mas não exclusivamente, em condições secas, frequentemente sob temperaturas um pouco elevadas. Esse dano pode ser acompanhado por maior perda de metal quando as partículas de desgaste se oxidam e aumentam o desgaste atuando como abrasivos. Diferentes combinações de metais apresentam maior ou menor resistência à corrosão por atrito; por exemplo, aço sobre aço apresenta baixa resistência à corrosão por atrito em condições secas.

No contexto da corrosão, o termo "rouging" refere-se à presença de uma camada superficial de óxido no aço inoxidável na presença de água ou outros meios aquosos. A camada de ferrugem é composta de óxido ou hidróxido de ferro, mas também pode conter óxidos de cromo, níquel e molibdênio. Essa camada pode ter origem externa ou resultar da destruição da camada passiva do aço inoxidável. A variação de cor resulta do tipo de óxido/hidróxido/carbonato e das variações na água de hidratação associada aos produtos de corrosão. Essas cores variam do laranja ao vermelho e ao preto.

No mundo dos elevadores, o termo "rouging" é usado para descrever o que provavelmente é corrosão por atrito. Independentemente do termo que utilizemos, o efeito prejudicial sobre o cabo é o mesmo, assim como a ação corretiva necessária. O acúmulo de material incrustado é ilustrado na Figura 1. É provável que esses detritos sejam tão prejudiciais aos perfis das polias quanto aos cabos de aço.  

A formação de desgaste não necessita de umidade; é causada pelo movimento e abrasão entre os fios do cabo. As pressões do sistema durante o funcionamento geram partículas muito pequenas ao redor da superfície do metal, que começam a enferrujar. A formação de ferrugem geralmente ocorre devido à falta de lubrificação. A lubrificação em campo não restaura o cabo à sua condição inicial. Qualquer dano já foi causado. A detecção da formação de ferrugem é importante, pois reduz o número de rupturas permitidas do cabo. Veja a Figura 2.

Para evitar desgaste por atrito, todas as partes do cabo de aço devem ser mantidas lubrificadas para reduzir o atrito. Durante a fabricação de cabos de aço, os fios e cordões são lubrificados, e um cabo recém-fabricado contém cerca de 1.2% de lubrificante em seu peso. À medida que o número de ciclos de operação do cabo aumenta, o lubrificante é expelido para a sua superfície. Experimentalmente, um cabo de aço perde cerca de 0.12% de lubrificante em seu peso a cada 100,000 ciclos. A relubrificação é necessária para operar em condições ideais e prolongar a vida útil dos cabos e polias. A frequência da relubrificação depende fortemente das condições ambientais e de instalação, como temperatura, umidade, velocidade de elevação e pressão no cabo.

É importante saber a quantidade correta de lubrificante que um cabo de aço deve ter. Uma quantidade insuficiente de lubrificante causa aumento de temperatura, desgaste excessivo dos fios e aumento da formação de ferrugem. O excesso de lubrificante deve ser evitado, pois causa deslizamento do cabo nas polias, um efeito indesejável que pode ser observado nas polias de acionamento durante a aceleração e a desaceleração. Cabos com alma de fibra natural são vantajosos em relação aos cabos com alma de aço, pois a fibra natural retém mais lubrificante (10-15% em peso); a alma de fibra natural atua como autolubrificante. Durante a operação, os filamentos comprimem a alma de fibra, e essa pressão começa a liberar o lubrificante, o que é benéfico para o funcionamento do sistema.

Caso haja sinais de desgaste do cabo, devem ser verificadas as folgas entre os fios e o diâmetro do cabo. Se a redução for inferior a 4%, a lubrificação pode retardar a progressão da redução do diâmetro. Quando a redução do diâmetro for superior a 6%, geralmente é indicada a substituição do cabo. O lubrificante utilizado deve ser especialmente formulado para cabos de aço usados ​​em elevadores, deve ser capaz de penetrar nos fios, ser durável e, frequentemente, conter inibidores de corrosão. 

A ferrugem na superfície da corda (Figura 3) é uma indicação externa segura da presença de umidade na caixa do elevador. A corrosão externa diminui a resistência à ruptura do cabo, reduzindo a área da seção transversal metálica e acelerando a ruptura por fadiga dos fios, criando irregularidades na superfície. A ferrugem severa em cabos com alma de aço independente (IWRC) e em cabos com alma mista deve levantar suspeitas quanto à presença de ferrugem interna (que não pode ser vista diretamente), pois indica que a lubrificação que preenche as superfícies internas entre os fios e a alma foi comprometida.

Em condições de umidade, pode ocorrer corrosão eletrolítica externa, que pode ser agravada pela formação de ferrugem interna. A umidade no poço do elevador pode ter diversas origens, incluindo água da chuva ou vazamentos na tubulação. Contaminantes no poço do elevador também podem aumentar a corrosão úmida dos cabos, bem como de outros componentes do elevador. Exemplos incluem atmosferas marinhas, poluição, produtos químicos industriais, etc. Nesses casos, são necessários materiais de construção específicos, como aços inoxidáveis ​​ou outras ligas resistentes à corrosão ou componentes galvanizados.

Cilindros hidráulicos

Os elevadores hidráulicos embutidos são equipados com um cilindro hidráulico enterrado que abriga o óleo e o pistão. O cilindro está enterrado diretamente abaixo do elevador e se estende abaixo do piso do poço a uma profundidade ligeiramente maior que o percurso total do elevador. Cilindros enterrados expostos têm potencial para corroer e, consequentemente, vazar. O risco de corrosão do cilindro enterrado depende muito das condições do solo local. Portanto, é impossível prever com qualquer grau de certeza o momento ou a probabilidade de uma possível corrosão futura do cilindro em um determinado local. A corrosão e o vazamento do cilindro não apenas resultam na contaminação do solo, uma preocupação ambiental óbvia, mas também representam um risco para os passageiros. Há casos documentados em que cilindros falharam devido à corrosão, resultando na queda livre do elevador no poço. 

Cilindros enterrados no solo precisam ser protegidos da corrosão por um dos seguintes métodos:  

1. Selecione materiais de construção resistentes às condições especificadas.
2. O cilindro é revestido por um material que envolve completamente a superfície externa e é imune às condições mencionadas, por exemplo, PVC. 
3. O cilindro é protegido por um sistema de proteção catódica cuidadosamente monitorado.
4. O cilindro é protegido por um meio que proporciona um nível de imunidade não inferior ao proporcionado pelos métodos acima mencionados. 

A proteção catódica é o processo de manter o potencial eletroquímico do metal em uma região onde a corrosão é evitada. A proteção é alcançada tornando o metal a ser protegido o cátodo na célula eletroquímica pela aplicação de corrente ou conectando-o a um ânodo de sacrifício. Ambos os métodos requerem monitoramento e manutenção para garantir a proteção contínua. 

Existem dois tipos de cilindros enterrados: com fundo simples (sem anteparo de segurança) e com fundo duplo (com anteparo de segurança). Antes de aproximadamente 1977, no Canadá, o Código de Segurança CSA-B44 para Elevadores e Escadas Rolantes não exigia que os cilindros hidráulicos contivessem um anteparo de segurança. Com um anteparo de segurança, quando ocorre uma falha na parte inferior do cilindro, este é projetado para que o óleo saia da cavidade principal do cilindro de forma lenta e controlada, através de um pequeno orifício. O anteparo de segurança não elimina o potencial de uma falha catastrófica do cilindro. Em 1992, no Canadá, o código de segurança foi alterado para exigir que todas as novas instalações de cilindros hidráulicos tivessem proteção contra corrosão por meio de um revestimento de plástico (PVC) ou equivalente. 

Portanto, todos os cilindros hidráulicos instalados antes de aproximadamente 1992 no Canadá estão sujeitos à corrosão, sendo que aqueles instalados antes de aproximadamente 1977 representam um risco adicional à segurança caso não estejam equipados com uma antepara de segurança. A corrosão pode levar a um vazamento lento ou a uma falha na parte inferior do cilindro, com consequências catastróficas, como mencionado anteriormente.

No Canadá, a proteção catódica era popular no final da década de 1980 e início da década de 1990, mas desapareceu gradualmente quando os cilindros encapsulados em PVC se tornaram populares e fáceis de instalar. Além disso, os consultores de elevadores preferiam o PVC à proteção catódica por ser isento de manutenção. Quando o código americano para elevadores ASME A17.1 e o código canadense CSA B44 foram harmonizados por volta de 2002, a proteção catódica tornou-se não apenas aceitável, mas também equivalente, desde que o dispositivo catódico fosse submetido a manutenção regular.

Poços de elevador

Um dos problemas mais comuns em poços de elevador é a infiltração de água. Quando a água se infiltra na caixa do elevador, as consequências podem ser desastrosas. A água pode infiltrar-se pela parte inferior ou pelas paredes da caixa. Isso ocorre frequentemente em edifícios com fundações comprometidas, especialmente devido a fissuras no concreto. O risco de infiltração também é maior em áreas com lençol freático alto, terrenos com declives irregulares e drenagem deficiente. Qualquer água na caixa do elevador pode afetar o mecanismo de elevação e os sistemas elétricos, o que pode levar à falha do elevador. A água na caixa do elevador também pode causar corrosão em algumas peças, principalmente as de aço. Veja as Figuras 4 e 5. 

Os poços dos elevadores precisam ser protegidos contra a entrada de água, mas também necessitam de um sistema de drenagem adequado e bem conservado. Os poços devem ser monitorados regularmente para garantir que permaneçam secos.  

Cabanas

Outra área de risco crítico e de segurança é a corrosão bimetálica (corrosão galvânica). Trata-se de um processo eletroquímico no qual um metal sofre corrosão preferencialmente quando em contato elétrico com outro, na presença de um eletrólito. É mais comum quando uma estrutura de porta de aço é instalada diretamente sobre um perfil de alumínio sem uma barreira entre a seção de aço, os parafusos de fixação e o perfil de alumínio. Esse tipo de corrosão é difícil de detectar, mas, se presente, afetará a resistência geral do conjunto da porta. 

Cabines resistentes à corrosão estão disponíveis para instalação inicial ou adaptação. Elas utilizam materiais resistentes à corrosão, como aço inoxidável, plásticos, etc., para revestir as paredes da cabine. A corrosão das paredes e acessórios da cabine geralmente causa danos estéticos em vez de falhas estruturais. 

Exemplos de corrosão em elevadores industriais

Escadas rolantes industriais podem ser do tipo correia transportadora ou caçamba suspensa e podem ser expostas a condições severas de corrosão e desgaste, frequentemente em ambientes externos. Algumas empresas de elevadores oferecem elevadores resistentes à corrosão para suportar condições industriais adversas. Esses elevadores dependem de uma combinação de projeto e materiais. Elevadores que transportam materiais corrosivos, como carvão, gesso sintético ou cinzas volantes, onde a corrosão agressiva é provável ou já está presente, necessitam de materiais de construção adequados. Aços inoxidáveis ​​martensíticos tratáveis ​​termicamente podem ser usados ​​para construir os pinos e/ou buchas da corrente. Além disso, estão disponíveis vedações ou tratamentos de superfície para limitar ainda mais a corrosão.

Elevadores de cimento

Um exemplo específico de elevador industrial é o de um elevador para transporte de cimento a granel. Esses elevadores podem sofrer com problemas como alagamento das botas, desgaste por atrito, engripamento, abrasão, corrosão e sobrecarga. Em elevadores de grãos, cal, carbono e fosfato, é comum encontrar condições severamente corrosivas. Pinos e juntas de aço inoxidável com tratamento térmico específico, projetados para suportar essas condições, podem ser necessários. 

Elevadores Marítimos

Os elevadores marítimos também são construídos com materiais e design especiais para suportar as duras condições a bordo, como clima adverso, umidade, balanço, inclinação, etc. Os elevadores marítimos normalmente têm uma capacidade de carga de 500 a 800 kg e capacidade para cinco a seis passageiros. A estrutura do elevador é feita de aço inoxidável com material de reforço para suportar a carga nominal. Uma placa de aço com espessura suficiente e uma folha de vinil são utilizadas no piso da cabine. O cabo de aço é feito de aço macio e o cabo do elevador possui fios de aço galvanizado. 

Elevadores de mina

Foi detectado um problema em uma das sete cordas de suspensão em uma mina de carvão. O elevador transportava mineiros para dentro e para fora da mina, e os cabos estavam em serviço há apenas 2 anos e 9 meses. O cabo que apresentava a perda era de aço inoxidável (fios sem revestimento), enquanto os outros seis cabos eram galvanizados e não apresentavam corrosão. A degradação sofrida por um dos cabos é típica de cabos de elevadores de mina expostos ao ar fresco e úmido que entra no poço de entrada, por onde o elevador passa. As partes dos cabos acima da cabine ficam diretamente expostas ao ar úmido quando a cabine está estacionada na superfície na maior parte do tempo. Com o tempo, os cabos galvanizados perdem seu revestimento protetor e corroem, mas esse processo leva muito mais tempo do que com cabos de aço inoxidável. 

Um conjunto de seis cabos de suspensão foi testado em uma usina de beneficiamento de carvão. Os cabos estiveram em serviço por 4 anos e 9 meses. Observou-se gotejamento de água sobre os cabos na polia de tração. A água penetrou nos cabos porque os filamentos de cada cabo se separaram ligeiramente ao repousarem sobre a polia. A penetração ocorreu em diferentes pontos dos cabos conforme o veículo era estacionado em diferentes níveis. 

Escadas rolantes

Existem muitos tipos diferentes de escadas rolantes, geralmente compostas por passarelas planas ou inclinadas que se movem por baixo, acionadas por mecanismos complexos de correntes de transmissão, muitas vezes negligenciados. Elas podem ser instaladas em ambientes internos ou externos de edifícios, onde os problemas de corrosão são mais prováveis ​​e precisam ser considerados no projeto e na seleção de materiais. 

Escadas rolantes podem ser usadas para transportar pessoas ou mercadorias industriais. Escadas rolantes para passageiros podem ser vulneráveis ​​à corrosão causada por bebidas açucaradas, umidade excessiva, areia, sal e acúmulo de outras sujeiras e detritos. Um exemplo disso são os problemas encontrados nas escadas rolantes do metrô da Cidade do México. Elas têm apresentado inúmeras falhas, o que significa que 22 das 467 escadas rolantes estão fora de serviço em qualquer dia. Aparentemente, os passageiros estão urinando nas escadas rolantes fora dos horários de pico, em estações pouco utilizadas, e a urina penetra e corrói as rodas motrizes e os mecanismos. 

Assim como os elevadores, eles podem sofrer corrosão severa devido à entrada de água. Veja a Figura 6. É necessário tomar medidas para evitar isso e realizar inspeções regulares. 

As estruturas das escadas rolantes próximas ao oceano em Nova Delhi foram galvanizadas a quente para proteção contra corrosão. O ambiente costeiro pode ser altamente corrosivo, e a durabilidade da galvanização foi a única opção para garantir a longevidade nessas condições adversas e na área de grande circulação de pessoas.

Conclusões

Embora a corrosão não seja comum em sistemas de transporte vertical, quando presente, pode ter consequências graves para a operação e segurança do equipamento. É importante especificar os materiais de construção adequados às condições reais de operação. A lubrificação correta e regular, quando necessária, como em cabos de elevador, deve ser realizada para evitar desgaste por atrito. 

É importante incluir inspeções e testes de corrosão de rotina, especialmente porque nem toda corrosão é imediatamente visível a olho nu. Também é importante evitar a entrada de água no sistema de elevadores ou escadas rolantes, o que pode iniciar ou agravar o ataque corrosivo. 

Referências

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