ANÁLISE DE UM SISTEMA MULTI-ELETRODOS EM PROCESSOS
ELETROQUÍMICOS
Vinicius Flores
Resumo
A utilização de multi-eletrodos no estudo de processos eletroquímicos é interessante, uma vez que esta abordagem permite a simulação experimental
de uma superfície distribuída em pequenos elementos de áreas isoladas fisicamente. Isto permite por exemplo a análise de tendências determinadas
por um evento através da formação de clusters com a evolução do tempo. Neste trabalho foi desenvolvido um sistema para medição,
condicionamento e análise de sinais vindos de eletrodos sob condições livres. Uma placa de aquisição de dados juntamente com um conjunto de
saídas digitais foram utilizadas para a aquisição dos sinais e o controle de ganho automáticos de 16 canais de sinais de corrente e 16 canais de sinais
de tensão. Foram construídos ainda arranjos de eletrodos de aço carbono e aço inox a fim de avaliar o sistema. O sistema mostrou-se confiável para
monitoramentos longos e será aplicado em trabalhos futuros (pelo grupo de pesquisa) na análise de diferentes sistemas sob ataque eletroquímico.
Introdução:
A iniciação de pites, propagação e repassivação é
geralmente associada a sinais de corrente e potencial versus tempo.
Entretanto, muito pouco é conhecido sobre a existência de memória,
acoplamento ou cooperação entre eventos de pites. Interações entre eventos
ocorrem desde que pites produzam variações locais em campos elétricos e
gradiente de concentração química. Estes fatores alteram as propriedades
dos filmes óxidos adjacentes aos pites estáveis e repassivados. Além disso,
podem estar associados à características microestruturais que não são
randomicamente distribuídas. Alterações locais de condições causadas por
pites prévios (que estão ou estiveram estáveis) podem interferir no processo
de repassivação afetando assim, o comportamento dos pites subseqüentes.
Problemas desta natureza onde são necessárias informações de interação
entre elementos de áreas adjacentes podem ser experimentados em
sistemas multi-eletrodos. Neste tipo de procedimento os eletrodos simulam
pequenos elementos de uma área total (todos os eletrodos juntos), desta
forma o comportamento de uma parte do sistema pode ser isolado quando
um estímulo externo for aplicado.
O instrumento proposto deverá ser capaz de medir parâmetros para o
cálculo em tempo quase real de Ruído Eletroquímico (RE), tendo como maior
característica a total flexibilização dos parâmetros de programação. Desta
forma, um monitoramento online do processo será possível.
Figura 2 – Diagrama de blocos e fotografia do sistema desenvolvido.
O software implementado de análise de dados serve também para fazer a seleção
e reconhecimento de ganhos ideais para um determinado instante, evitando que
o sistema sature ou que o sinal adquirido tenha uma amplitude muito pequena a
ponto de perder informação útil. Até esta etapa do trabalho, foram
implementados as leituras dos 32 canais e plotados os parâmetros de média,
desvio padrão e resistência de ruído. Sendo mesmas mostradas na tela do
computador e salvas em um arquivo. Um fluxograma e um shotscreen do
software desenvolvido é mostrado na Figura. 3.
INÍCIO
Metodologia
experimental:
e
procedimento
O trabalho proposto consiste no desenvolvimento de um sistema (hardware e
software) para integrar as técnicas de ruído eletroquímico em matrizes de
eletrodos de aço inox T309 e aço carbono em diferentes soluções aquosas de
modo a gerar dados otimizados e confiáveis de taxas de corrosão. O sistema
é capaz de medir tensão e corrente livre de 32 eletrodos em relação a um
eletrodo comum de referência – possibilitando o cruzamento de dados e
através dos mesmos fazer uma estimativa real e atualizada da taxa de
corrosão, além de fornecer informações sobre corrosão localizada.
TAXA DE AQUISIÇÃO,
FREQUENCIA,
TIMER
SETADOS?
SIM
NÃO
SIM
AQUISIÇÃO
DE
DADOS
DADOS EM SATURAÇÃOSIM
OU
POUCA SENSIBILIDADE?
AJUSTE
GANHOS INDIVIDUAIS
NÃO
NÃO
VARREDURA
COMPLETA?
NÃO
SIM
Eletrodo 5
0.7
ANÁLISE
+
GRÁFICO
0.6
DESLIGAR?
0.5
SIM
TIMER
Figura 3 – Software desenvolvido.
Corrente (µA)
NÃO
0.4
FIM
0.3
i
0.2
0.1
0.0
T
-0.1
600
610
620
630
640
650
660
670
680
690
Tempo (s)
Figura 1 – Sinal de corrente característico de um evento como um pite.
Resultados obtidos e considerações
O dispositivo construído mede sinais simultâneos de tensão e corrente através de
um conversor AD de 32 canais físicos. Foram desenvolvidos 16 de amplificadores
de corrente (ZRAs – Zero Resistance Ammeter) e 16 amplificadores de tensão.
Cada um destes amplificadores possui um sistema de ajuste de ganho automático
implementado através de chaves analógicas controladas por saídas digitais.
Também foram incluídos filtros passa-baixas com freqüência de corte em 10 Hz,
uma vez que acima desta banda não existe informação útil para este tipo de
análise. Um diagrama de blocos do sistema completo é mostrado na Figura 2 e a
Figura 3 mostra um detalhe do hardware implementado.
Figura 4 – Eletrodos desenvolvidos para testes e medidas.
Conclusões:
Neste trabalho, foi implementado um sistema constituído
de software e hardware visando o monitoramento online de parâmetros
eletroquímicos relacionados a corrosão. Foram construídos 16 ZRAs (Zero
Resistance Ammeter) e 16 amplificadores de tensão de ganho variável
automáticos. Ainda foram acoplados filtros, constituindo um condicionamento
dos sinais que vem de arranjos de eletrodos de aço inox e aço carbono e são
adquiridos por uma placa de conversão Analógico-Digital. Também foi
implementado um software que tem a função de controlar os ganhos, mostrar
os parâmetros de interesse na tela e salvar os dados em um arquivo. Os
resultados preliminares em sistemas reais mostraram que o sistema
desenvolvido é confiável, e pode ser utilizado para monitoramento longo de
sinais vindos de células eletroquímicas. Finalmente, apesar de ser desenvolvido
para ser utilizado como um medidor de sinais de livres de corrente e tensão, o
sistema pode ainda ser facilmente adaptado a um potenciostato, possibilitando
ensaios em até 32 amostras ao mesmo tempo.