Ferrofinall

479 visualizações

Publicada em

0 comentários
0 gostaram
Estatísticas
Notas
  • Seja o primeiro a comentar

  • Seja a primeira pessoa a gostar disto

Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
479
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
2
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
6
Comentários
0
Gostaram
0
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide

Ferrofinall

  1. 1. INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO RIO GRANDE DO NORTE CURSO TÉCNICO INTEGRADO EM EDIFICAÇÕES TURMA 20121.1.1101.1M Aplicação Química do Ferro na Construção Civil Professor: Flávio Alunos: Lizandro Oliveira Natália Bars Roberta Caroline Natal Abril de 2013
  2. 2. ÍNDICE
  3. 3. OBJETIVO Temos por objetivo deste trabalho, aumentar nosso conhecimento naárea de química e suas aplicações na construção civil, de maneira quepossamos entender melhor esse conteúdo. E, além disso, tendo em vista opedido do professor de química, Flávio, para efetuação desse trabalho, omesmo servirá para a complementação da nota de química no curso técnico deedificações no quarto bimestre. Logo, esperamos aprofundar e explicar demaneira concisa e simplificada todas as aplicações do ferro e do seu derivado,aço, na construção de edifícios, os seus processos, o porquê de sua escolha,composição e reações químicas.
  4. 4. INTRODUÇÃO Escolhemos o ferro como assunto de nosso grupo devido sua grandeaplicabilidade na construção civil, o que nos deixou curiosos e com vontade deaprofundar nesse tema. O ferro é um elemento químico de número atômico 26 e massaatómica 56 u. À temperatura ambiente, o ferro encontra-se no estado sólido ese localiza no grupo 8 (VIIIB) da Classificação Periódica dos Elementos. É oquarto elemento mais abundante da crosta terrestre e, entre os metais,somente o alumínio é mais abundante. O ferro tem sido historicamente importante, e em um período da história atérecebeu o nome de Idade do ferro, devido sua grande utilização. Atualmente,ele é usado extensivamente para a produção de aço, usada para a produçãode ferramentas, máquinas, veículos de transporte e, como elemento estruturalde pontes e edifícios, que é o nosso foco. O ferro apresenta características bem peculiares: tem densidade de7,86g/cm3 (1atm, 300k), e é pouquíssimo resistente à corrosão. Contudo,graças à interferência do homem, o ferro se tornou um metal bastante versátil -e, a partir dele, podemos confeccionar, por exemplo, panelas, portões,carcaças de máquinas e, principalmente, a liga de aço. Para dar inicio ao trabalho, falaremos primeiramente da história e doprocesso de extração e de fabricação do ferro e aço, e das características queos tornam aplicáveis à construção civil. Depois abordaremos seus benefícios eutilizações e em seguida trataremos do seu principal maleficio: a corrosão.
  5. 5. DESENVOLVIMENTO 1. História, extração e fabricação: Um dos principais motivos que levaram ao tardio uso do ferro no Brasil (econsequentemente do aço) foram as altas temperaturas, necessárias para suafabricação, e que encareciam seu processo de fabricação, dificultando tanto apopularização quanto a comercialização. Para definirmos o que é aço,partiremos de seu processo de fabricação, a partir do minério de ferro: suamatéria prima. Na natureza o ferro não se encontra em estado livre ou elementar, porém, écomumente encontrado na forma de minérios, como a hematita (Fe2O3), amagnetita (Fe3O4) e a pirita (FeS2), dentre outros de menor incidência. Após serextraído da natureza, o composto que contém ferro é transportado para umausina siderúrgica, onde é levado para um forno aquecido a uma temperatura de2000°C, comumente chamado de alto-forno. Este equipamento é um reator, noqual ocorre a redução do óxido de ferro, usando-se carvão vegetal ou omonóxido de carbono como elemento redutor. Então, o ocorre uma reação,como a exemplificada a baixo, que transforma o óxido de ferro em ferro gusa(com resquícios de outros materiais e até 5% de carbono) e escória (impurezasdo minério e cinzas).3 Fe2O3 + CO = 2 Fe3O4 + CO2Fe3O4 + CO = 3 FeO + CO2FeO + CO = Fe + CO2Fe (gusa)Antes de continuar a falar sobre a fabricação do ferro é necessário explicar oque acontece com a adição de carbono a algumas peças. O carbono é umelemento que quando se junta ao ferro forma uma liga intersticial, isto é,completa os espaços deixados pelas ligações das moleculas de ferro.Explicando melhor, o que acontece é o seguinte: o ferro tem um grande raioatomico (diametro), então, quando ele forma suas ligações, elas deixambrechas, e o carbono, como tem um raio pequeno, entra nessas brechas. Essaliga que fornece maior resistência, pois os atomos ficam ligados, sem conseguirse mecher. Porém, quando o teor de carbono é maior, ele age como se fosseum oleo, tornando os atómos mais escorregadios e a peça mais fraca. Agora, continuando com a fabricação, sabe-se que o ferro gusa formado nareação apresentada, é frágil devido seu alto teor de carbono e por isso nãopode ser usado na construção civil. Então, para que o ferro gusa se transformeno ferro fundido ou no aço é necessário que haja uma redução do teor decarbono. Mas, para que isso ocorra é necessário que o gusa passe peloprocesso LD (Linz-Donawitz). Essa técnica consiste na utilização do gusaliquido e sólido, sucata de ferro, fundentes e O2, no intuito de oxidar o carbono,
  6. 6. transformando-o em CO ou CO2, que são gases, logo, evaporam e se desligamdo ferro. Para oxidar o carbono presente no metal liquido que é carregado dentro doconversor LD é necessário grande quantidade de energia, pois essa reação éextremamente endotérmica (consome calor) e para compensar isso um dosprincipais elementos presentes no ferro gusa que também é oxidado é o Sílicio,que forma uma reação extremamente exotérmica (Si + O2 = SiO2). Paraneutralizar essa elevada temperatura que prejudicaria o refratário, adiciona-sesucata ou minério de ferro.Si + O2 = SiO2 Reação ExotérmicaC(s) + O2(g) = CO2(g) Reação Endotérmica Quando o processo é finalizado temos o ferro fundido, com um teor porvolta de 2 e 6,7% de carbono e com suas principais características, tais comomaleabilidade, a tenacidade, a dureza. Essas propriedades explicam autilização do ferro em larga escala na construção civil, pois é um material muitoforte e resistente, e quando usado em forma de lingotes, segura ainda melhoras estruturas de alvenaria. Além disso, a partir desse ferro fundido, pode-se formar também o aço. Oaço é uma liga de ferro puro com carbono, porém, este deve ter um teor decarbono entre 0,008% e 2,11%, de carbono. Então, para que o aço sejaformado é preciso que o ferro puro passe por uma descarbonatação e depoispor um refinamento para a retirada das impurezas. Em alguns casos, ainda sãoadicionados outros elementos, como cromo, boro, níquel, vanádio, queaumentam a qualidade do aço e sua resistência à corrosão. Logo, nota-se queo processo de fabricação do aço dá mais trabalho e, consequentemente exigemais tempo, e como tempo é dinheiro, o aço é mais caro, logo, menos utilizadodo que o ferro, apesar de mais leve e resistente. De maneira geral, os açospossuem excelentes propriedades mecânicas: resistem bem à tração, àcompressão, à flexão, e como é um material homogêneo, pode ser laminado,forjado, estampado, estriado e suas propriedades podem ainda ser modificadaspor tratamentos térmicos ou químicos. 2. Benefícios e aplicações Então, tendo em vista o preço, a durabilidade e a praticidade do aço, ele éutilizado na maioria das vezes em edificações comerciais e industriais, poistorna a construção mais rápida, trazendo retorno financeiro mais rápidotambém, apesar de ser mais caro. Enquanto isso, o ferro é mais utilizado naconstrução de moradias e em edificações menos mais simples e com maiorprazo de espera.As principais vantagens do aço são: Sem dúvida alguma, a mais forte característica das estruturas de aço é o tempo reduzido devido a rapidez com que a estrutura é montada, uma vez que o aço é pré-fabricado. Com maior facilidade de manutenção, a
  7. 7. construção com a estrutura metálica utiliza 25% do tempo de umaconstrução convencional.Por ser mais leve não é necessário desperdiçar tanto tempo comtransporte, reduzindo a mão-de-obra. Vale lembrar que em algumasobras como condomínios residenciais, o tempo da obra deve estarcompatibilizado com a capacidade de desembolso dos condôminos e nãoé interessante atropelar esse ritmo. Já para uma obra comercial,qualquer antecipação representa redução do tempo de amortização e ébem vinda. Já para uma obra pública, o tempo depende da necessidadeda obra, de um evento fixo, independente de eventuais custos adicionaisque uma obra mais rápida possa representar.As estruturas de aço pesam de 6 a 10 vezes menos que as estruturas deconcreto, mas como as estruturas de concreto representam em média40% do peso próprio e o peso próprio representa aproximadamente 70%da carga total, (incluindo cargas acidentais ou sobrecargas), podemosesperar reduções nas cargas verticais da ordem de 20%. Essa diferençapode representar, por exemplo, uma estaca a menos por base e reduzirsignificativamente os custos das fundações.Por questões ambientais, tanto obras do governo como de instituiçõesparticulares estão passando a fazer uso do material devido às questõesambientais, tão discutidas nos últimos tempos. Ao substituir o uso damadeira (reduzindo seu consumo) pelo aço, diminui-se a emissão dematerial, reduzindo o impacto negativo sobre o meio ambiente em termosde uso de energia e consumo de matérias.O aço é o material mais reciclável do mundo, sendo 100% reciclável elefacilita a desmontagem e o reaproveitamento, diminuindo a geração dedejetos.A montagem não é afetada pelas chuvas, garantindo continuidade daobra o ano todo, diferentemente do concreto, onde a construção da obradurante o período chuvoso pode implicar em gastos maiores e atémesmo comprometer a qualidade da obra.Os elementos estruturais são feitos por máquinas e chegam na obra notamanho definitivo e com os furos dos parafusos para as ligaçõesprontos, diminuindo assim a chance de falhas (como pode acontecercom o concreto, já que ele é feito no local da obra), deixando a obra maislimpa, mais segura e com menos entulho (reduzindo riscos de multa).Diminui também a necessidade de canteiro.A estrutura em aço facilita futuras reformas, adaptações e mudanças nosedifício, além da passagem de água, ar condicionado, eletricidade,esgoto, dentre outras.O aço é a solução mais apropriada para aplicações com elevada vida útil,diferentemente do concreto que está mais sujeito a corrosões.
  8. 8. Permite o projeto por AutoCad (programa de computador próprio para construções) para aplicação específica, ou seja, as dimensões do projeto ficam mais exatas. Apesar de todas essas facilidades, o aço ainda não é a melhor opçãopara a construção civil brasileira, pois essas estruturas só são trabalhadas comeficiência através da mão-de-obra técnica especializada. Mão-de-obra essaque o Brasil carece. Outra causa é o preço, principalmente na faixa litorânea,onde os preços para cuidados específicos são caros. Em geral, a diferença de custo de uma construção que opta por aço euma que escolhe o concreto vai depender do tamanho e objetivo da obra. Umaobra comercial, por exemplo, que opta pelo aço, vai ter muito mais proveito queum condomínio residencial, pois a estrutura de aço é mais recomendável paraespaços maiores, com modulação fácil, instalações de arranjo e fachadasimples.Além disso, o ferro e o aço tem uma aplicação indispensável nos seguintescasos:- Para sustentação de coberturas,- Para montagem de esquadrias metálicas,- Para montagem de grades, grelhas metálicas e montantes metálicos parafechamentos de prédios, etc.- Pontes ferroviárias e rodoviárias- Edifícios industriais, comerciais e residenciais- Galpões, hangares, garagens e estações- Coberturas de grandes vãos em geral - torres de transmissão e subestações -torres para antenas- Chaminés industriais- Plataformas off-shore- Construção naval- Construções hidromecânicas- Silos industriais- Vasos de pressão- Guindastes e pontes-rolantes- Instalações para exploração e tratamento de minério- Parques de diversões 3. Processo de corrosão A corrosão é a palavra geralmente usada para designarmos a deterioraçãode metais através de um processo eletroquímico, mas também inclui o químicoe eletrólito. Encontramos à nossa volta muitos exemplos de corrosão como aferrugem, o escurecimento de prata, entre outros. Os fenômenos de corrosãosão conhecidos não só pela sua importância econômica e técnica comotambém pela sua complexidade. O exemplo mais familiar de corrosão é semdúvida o da formação de ferrugem sobre o ferro. Para que o ferro enferruje é
  9. 9. necessária a presença de oxigênio gasoso e/ou água. Uma região da superfíciedo metal funciona como eletrodo negativo – ânodo – onde ocorre a oxidação: Os elétrons que se formam fluem através do metal para uma região quefunciona como eletrodo positivo – cátodo – onde se dá a redução do oxigênioatmosférico a água. Tendo como Reação Global:2 Fe(s) + O2 + 2 H2O → 4 Fe(OH)2 →Fe(OH)3 (ferrugem) A composição da ferrugem obtida vai depender não só da composição daatmosfera como também da própria composição do material metálico. Destemodo dentre os vários elementos conhecidos que são comuns aos materiaisferrosos como o fósforo, o silício, carbono, enxofre tem efeito ativo nacomposição da ferrugem. Assim, quando o fenômeno de corrosão é eminente,isto é, no inicio do processo, apenas a composição da atmosfera é significativapara avaliar a velocidade de corrosão. Porém à medida que o processo sedesenrola e se forma a ferrugem, o material passa então a se corroer seguindouma velocidade que vai depender da composição do material metálico.Contudo verifica-se que a corrosão perante condições de oxigênio livre é lentapor duas razões. Primeiro, a redução do H2O é lento; segundo, a formação deuma camada de Fe(OH)2 a partir dos produtos da reação de transferência deeletros inibe reações posteriores. Se ambos o oxigênio e a água estão presentes, a química da corrosão doferro é algo diferente e a reação de corrosão é cerca de 100 vezes mais rápidado que sem oxigénio. Existem vários métodos para proteger os metais dacorrosão. A maioria deles tem como objetivo, impedir a formação de ferrugem. O procedimento mais evidente, chamado revestimento, consiste em pintar asuperfície do metal com uma tinta. No entanto, se a pintura estiver com falhade forma que deixe em exposição uma área, mesmo que pequena, haveráformação de ferrugem sob a camada de tinta. A superfície do ferro metálicopode ser tornada inativa através de um processo chamado passivação(formação de película protetora sobre a superfície do metal). Metais de sacrifício: essa técnica é também denominada de galvanoplastiaem homenagem ao cientista Luigi Galvani (1737-1798). Nela aplica-se umrevestimento metálico a uma peça, colocando-a como cátodo (polo negativo)em um circuito de eletrólise.Protege-se o ferro utilizando um metal que tem o potencial de oxidação maiorque o dele, como o magnésio e o zinco. Quando o metal usado é o zinco,chama-se galvanização.O metal usado é denominado “de sacrifício” exatamente porque é ele que seráoxidado no lugar do ferro. Esse metal de sacrifício perde elétrons para o ferromantendo-o protegido mesmo se a superfície for arranhada e o ferro ficarexposto ao ar.
  10. 10. E, por fim, o aço inoxidável. O aço (liga de ferro e carbono) se tornainoxidável ao misturá-lo com outros metais, como o crômio, níquel, vanádio etungstênio. Uma maneira de se limpar a ferrugem é com o ácido nítrico concentrado,onde forma-se uma fina camada de óxido. Estudos indicam que nos Estados Unidos se gasta cerca de 80 bilhões dedólares por ano com prejuízos causados pela corrosão. Até mesmo um dosmaiores pontos turísticos de Nova Iorque, a estátua da Liberdade, corre riscopor causa da corrosão. Ela é feita de uma estrutura de ferro sobre placas decobre. Visto que está em um ambiente marinho, o cobre entra em contato comoar úmido, levando à formação de azinhavre (uma mistura tóxica de hidróxido decobre I, hidróxido de cobre II, carbonato de cobre I e carbonato de cobre II),que, com o tempo, vai recobrindo a estátua (camada verde). No entanto, o ferroé mais reativo que o cobre, assim, ele reage com o azinhavre formado,deslocando os cátions cobre do azinhavre. Isso leva à corrosão e abala aestrutura da estátua.
  11. 11. CONCLUSÃO Com a realização deste trabalho, podemos concluir, com o estudo doferro e do aço com sua face a construção civil, que nós e os ouvintes de suaapresentação estamos aptos, a partir de agora, a entender melhor o uso doaço, suas funções e os processos passados pelo mesmo. Assim, analisando os arquivos abertos e utilizados para a criação dotrabalho, concluímos que agora é possível saber a utilização do material naárea de construção civil. Por outro lado, podemos ver que ainda a muita coisa aser abrangida neste tema e que a mesma pode ampliar a nossa visão arespeito do nosso campo de atuação. Finalmente, percebemos que o ferro tem grande importância não só naárea em que foi discutido, mas também tem outra infinidade de abrangências.Pudemos comparar o nosso nível de conhecimento com a sua ampliação eficamos cientes que é sempre necessário buscar mais a respeito do que vocêlida. Deste modo se verifica que a pesquisa peça pelo nosso professor, nospossibilitou um maior conhecimento, não só do tema tratado, mas tambémserviu como experiência e contribuiu para a nossa adaptação a uma realidadenão totalmente conhecida.
  12. 12. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS[1] - BENEVOLO, Leonardo. História da arquitetura moderna. São Paulo: Perspectiva,1994. Título original: Storia dell’architettura moderna, Laterza & Figli. Trad. Ana M.Goldberger.[2] - BONSIEPE, Gui. Teoria y práctica del diseño industrial. Barcelona: Gustavo Gili,1978.[3] - BRUNA, Paulo. Arquitetura, industrialização e desenvolvimento. São Paulo:Perspectiva, 1983.[4] - CARDOSO, F. F. et al.. Projeto e construção de edifícios de aço: uso do aço naconstrução. São Paulo: EPUSP, 1988. (Publicação Técnica, v. 2)[5] -. Projeto e construção de edifícios de aço: o mercado do aço. São Paulo: EPUSP,1988. (Publicação Técnica, v. 2)[6] - COSTA, C. T. O sonho e a técnica: a arquitetura do ferro no Brasil. São Paulo:EDUSP, 1994.[7] - DAL BELO, S. As estruturas com perfis e painéis de aço a frio. São Paulo, RevistaProjeto, n.80 p. 114-5. out., 1995.[8] - DEMETERCO, P. L. Um sistema construtivo industrial de edificações de baixocusto como agente de otimização da infra-estrutura industrial nacional: o sistema-aço.In: SIMPÓSIO SOBRE O USO DO AÇO NA CONSTRUÇÃO. Ouro Preto: UFOP,1984. p. 99-134.[9] - SALES, J. J. Estudo do projeto e da construção de edifícios de andares múltiploscom estruturas de aço. Tese (Doutorado). São Carlos: Escola de Engenharia de SãoCarlos, Universidade de São Paulo, 1995.[10] - TOSCANO, J. W. Arte e ciência. São Paulo, Revista Construção Metálica, n. 4,p. 18-20, 1991.[11] - ZANETTINI, S. No problema habitacional o que falta é disposição política. SãoPaulo, Revista Construção Metálica, n. 5, p. 4-6, 1992.[12] - Anotações em sala de aula da disciplina "Tecnologia da Construção Civil 1", parao curso de Arquitetura e Urbanismo da Escola de Engenharia de São Carlos -Universidade de São Paulo, no ano de 2003, ministrada pelo professor Eduvaldo P.Schieri.[13] - Russel, J. B. Química geral. São Paulo: Makron Books, 2004.[14] - Vogel, Arthur Israel, 1905-Química Analítica Qualitativa / Arthur I. Vogel ;[tradução por Antonio Gimeno da] 5. ed. rev. por G. Svehla.- São Paulo : Mestre Jou,1981 .[15] - SHRIVER, DUWARD; ATKINS, PETER. Química inorgânica - 4ª edição. PortoAlegre, Bookman, 2008.
  13. 13. [16] - LEE, J.D.. Química inorgânica não tão concisa – tradução da 4ª edição inglesa.São Paulo, Edgard Blücher, 1996.[17] - LEHNINGER, A. L. Princípios de Bioquímica. São Paulo: Savier, 1985.[18] - http://www.chemicool.com/[19] - http://www.doudou.it/minerali.html[20] -http://www.ufsm.br/decc/ECC8058/Downloads/Aco_na_Construcao_Civil_CSN.pdf[21] - http://www.brasilescola.com/quimica/tipos-corrosao.htm[22] - http://www.brasilescola.com/quimica/maresia-corrosao-dos-metais.htm[23] - http://www.brasilescola.com/quimica/protecao-contra-corrosao-ferro.htm[24] - http://pt.scribd.com/doc/16778646/ESTUDO-DA-CORROSAO-DO-FERRO[25] - CHANG. Raymond, “Química”, 5ª Edição, McGraw Hill, 1994.[2] – GLINKA. N,“Química Geral”, Volume 2, editora MIR, Moscovo, 1984.[3] – GENTIL, Vicente,“Corrosão”, Editora Guanabara, Rio de Janeiro, 1987.[4] – KOTZ. John C., PURCELL.Kerth F., “Chemistry & Chemical Reactivity”,Second edition, Sounders collegePubliishing, Ft. Worth, 1987.

×