Sair 6ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos MELHORIAS IMPLEMENTADAS NAS AERONAVES VISANDO A DIMINUIÇÃO NA CORROSÃO AO LONGO DA VIDA ECONÔMICA Renata Rodrigues Pires Empresa Brasileira de Aeronáutica S.A. Luiz Fernando Mascarenhas de Moraes Empresa Brasileira de Aeronáutica S.A. 6°° COTEQ Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos 22°° CONBRASCORR – Congresso Brasileiro de Corrosão Salvador – Bahia 19 a 21 agosto de 2002 As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade do (s) autores. Sair 6ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos SINOPSE O envelhecimento das aeronaves despertou interesse da comunidade aeronáutica internacional, no que diz respeito ao desenvolvimento de novos métodos de proteção de corrosão. A corrosão na estrutura das aeronaves é resultante da combinação de certos fatores como a seleção de ligas e têmperas susceptíveis à corrosão, utilização de um sistema de proteção inadequado ou deteriorado, e exposição a vários ambientes corrosivos. O método tradicional de proteção das aeronaves contra corrosão contemplava o emprego de um tratamento de superfície adequado, seguido por um sistema de pintura. Entretanto, a experiência de projeto tem revelado que a aplicação de selantes e a utilização de compostos inibidores de corrosão podem melhorar o nível de isolação de materiais e evitar a penetração de eletrólitos, o que acarreta, em médio prazo, numa redução da incidência da corrosão. Este trabalho abordará os aspectos práticos que envolvem o processo de selagem e aplicação de compostos inibidores de corrosão nas estruturas aeronáuticas. Palavras Chaves: Aeronave, Inibidor, Selante, Corrosão. Sair 6ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos 1- INTRODUÇÃO As aeronaves modernas são construídas com ligas metálicas leves as quais são altamente reativas aos contaminantes atmosféricos. A atmosfera salina das regiões costeiras e os contaminantes industriais das áreas urbanas atacam as ligas metálicas, o que, de acordo com a ATA (Associação de Transporte Aéreo), custa para a Indústria Americana algo em torno de 6 bilhões de dólares ao ano (1). Muitos metais puros não são adequados para a construção de aeronaves, sendo utilizados, portanto, combinados com outros metais para formar as ligas. As ligas de alumínio das séries 2000 e 7000 têm sido extensivamente utilizadas nas estruturas aeronáuticas. Dependo do tipo de montagem (sob-tensão ou não), da espessura da chapa e do tipo de exposição a agentes corrosivos, estas ligas serão susceptíveis a diferentes tipos de corrosão: uniforme, pites, intergranular, esfoliação, sob-tensão, dentre outras. Tais formas de corrosão, dependendo dos aspectos químicos e físicos do ambiente, podem levar a falhas estruturais catastróficas sem detecção prévia. Praticamente todas as partes da aeronave estão sujeitas a danos causados por corrosão, mas certas áreas como a canoa do avião, compartimento de bateria, lavatórios, galleys e compartimentos dos trens de pousos, são mais susceptíveis à corrosão. Tais áreas devem ser limpas, inspecionadas e tratadas mais freqüentemente do que as demais áreas da aeronave. A severidade da corrosão nestas áreas pode ser aumentada por uma série de fatores incluindo presença de poluente industriais; utilização de produtos químicos nas pistas dos aeroportos, para evitar a formação de gelo; umidade; variações extremas de temperaturas; ventos provenientes de ambientes corrosivos, dentre outros (2). Apesar das aeronaves serem inspecionadas segundo um Programa de Controle e Prevenção da Corrosão, ao longo da vida operacional, o primeiro passo no controle da corrosão é dado nas etapas do projeto. A equipe de projeto tem a primeira oportunidade de maximizar a prevenção da corrosão estrutural, ao longo das etapas de desenvolvimento do projeto. Através de uma análise detalhada dos principais fa tores que podem levar à corrosão da estrutura, são estabelecidas diretrizes de controle que sejam aplicáveis durante a fabricação das peças e a montagem da estrutura. Nesta fase inicial, alguns produtos, como os selantes e os inibidores de corrosão, revelaram ser efetivos na prevenção da corrosão, quando aplicados em conjunto com as técnicas tradicionais de proteção superficial. Este trabalho visa apresentar os principais aspectos da teoria geral de prevenção de corrosão em aeronaves, dando uma atenção especial aos aspectos práticos que envolvem a aplicação de selantes e de compostos inibidores de corrosão nas estruturas aeronáuticas. As melhorias atingidas pela aplicação destes produtos, no que diz respeito ao controle e prevenção de corrosão, serão também abordadas. Sair 6ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos 2- TEORIA DO PROJETO DE PREVENÇÃO DE CORROSÃO O método básico de proteção contra a corrosão envolve a aplicação de revestimentos protetores na estrutura da aeronave, posicionamento de drenos nas áreas sujeitas ao acúmulo de umidade, isolação do contato anodo-catodo e remoção do eletrólito. Um completo esforço durante o projeto emprega envelopes de vôo com os piores cenários passiveis de serem encontrados, para cada montagem que está sendo projetada. No projeto básico, os seguintes fatores, que contribuem para a corrosão, merecem uma análise especial: • Provisão de drenagem • Esquema de pintura • Seleção de materiais • Tratamento de superfície • Provisão de acesso até a estrutura • Presença de fendas • Montagens entre metais dissimilares • Presença de cavidades. A drenagem é um dos elementos mais importantes da prevenção da corrosão no projeto. Os drenos devem ser determinados desde a primeira fase do projeto, garantindo-se que a passagem da drenagem não seja obstruída. O esquema de pintura aplicado possui, além do caráter decorativo, a função de formação de um filme protetor que exclua o contato do oxigênio e da umidade com o metal. Na seleção dos materiais deve-se levar em conta tanto aspectos provenientes de testes estáticos (propriedades mecânicas do material ligadas à fadiga e fratura), bem como propriedades associadas à resistência a corrosão. Os tratamentos de superfície devem ser selecionados em função da susceptibilidade a corrosão do material e da severidade do ambiente. Para combinações críticas de materiais e ambientes, o componente deve receber uma camada de clad ou um tratamento superficial inicial, anodização crômica ou conversão química, e revestimentos metálicos, se aplicável. O projeto deve levar em conta também acessos a todas as estruturas, de modo a garantir montagens e desmontagens, quando necessário, e inspeções regulares de manutenção. As inspeções de corrosão são mais freqüentes do que no passado, sendo o acesso fácil uma parte crítica da fórmula de controle da corrosão. Os fatores que contribuem para a corrosão ligados à presença de fendas, montagens entre metais dissimilares e a presença de cavidades podem ser tratados adequadamente no projeto, se forem empregados compostos inibidores de corrosão e selantes. Tais compostos serão tratados em termos de características gerais, utilização e eficiência, nas seções subseqüentes deste trabalho. Sair 6ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos 3- SELANTES E INIBIDORES DE CORROSÃO 3.1- Selantes Inicialmente, os selantes foram empregados na aviação por questões aerodinâmicas, já que a velocidade de operação das aeronaves modernas aumentou significativamente. Em seguida, com a operação em altas altitudes e a conseqüente pressurização da cabine, foi requerido que as regiões de passagem de tubulações e cablagens fossem seladas com selantes plásticos ou moldáveis. Além disto, para prevenir o vazamento de combustível, os tanques passaram a ter as juntas rebitadas seladas. Somente após a análise de alguns casos de corrosão que os selantes passaram a serem empregados em montagens envolvendo materiais dissimilares, para isolar a passagem de corrente de corrosão entre materiais com potenciais diferentes e evitar o ingresso de eletrólitos entre furos e frestas. Desde então, os selantes têm sido uma das mais importantes ferramentas para controle e prevenção de corrosão. Para que a utilização do selante seja efetiva, é necessário que o selante correto seja escolhido, para uma situação ou área específica, e que este seja corretamente aplicado. Normalmente, os selantes são empregados na cabeça de parafusos e porcas; entre a superfície de contato de duas ou mais partes; nas juntas ou costuras ao longo dos reforçadores, paredes e longarinas; e nos vazios criados nas movimentações estruturais, lacunas e aberturas. No meio aeronáutico, existem numerosos selantes disponíveis com diferentes propriedades e intenções de uso. Tais selantes geralmente são divididos em dois tipos principais, aqueles que requerem um agente de cura (Figura 1) e aqueles que curam ao ar livre. Os principais selantes disponíveis no mercado são: • • • Polisulfeto, politioeter, e selante poliuretano que consistem de uma base (prepolímero) e o acelerador (agente de cura). Quando os componentes são perfeitamente misturados, o catalisador cura a base formando um sólido flexível (tipo borracha). As taxas de cura dependem do tipo de base, catalisador, temperatura e umidade. Selantes a base de silicone que geralmente consistem de um componente, o qual é curado por reação com umidade do ar. Se os silicones são aplicados abundantemente ou de tal ma neira a impedir que a umidade penetre no material, estes podem não curar de forma alguma. E os selantes que exigem a aplicação de um primer especial ou promotor adesivo, anteriormente à aplicação deste, a fim de desenvolver uma boa ligação adesiva com a superfície. Os selantes são agrupados quanto ao tipo (3): • Tipo I: aplicação por pincel ou imersão • Tipo II: aplicação por extrusão, pistola ou espátula • Tipo III: aplicação por spray • Tipo IV: aplicação por superfície de contato, pistola ou espátula. Sair 6ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos Quanto à classe: • Classe 1: Material a base de borracha de polisulfeto. • Classe 2: Material a base de borracha de politioéter. E quanto à série: • Série A: presença de inibidores de corrosão cromatados. • Série B: presença de inibidores de corrosão não cromatados. 3.2- Composto Inibidor de Corrosão O composto inibidor de corrosão (CIC) é um composto volátil que foi originalmente desenvolvido para proteger caldeiras e sistemas de tubulações de navios contra traças. Sua eficiência e a facilidade de aplicação atraiu usuários logo de início. Ao longo do tempo, o campo de aplicação aumentou e hoje inclui setores como eletrônica, embalagens, processos industriais, concreto reforçado, revestimento e aeronáutico. A aplicação do composto como anticorrosivo deve-se a sua elevada volatilidade à temperatura ambiente, a capacidade de penetrar em frestas inacessíveis da estrutura metálicas e ao baixo custo associado à aplicação. O CIC é formado por uma base não volátil, dispersa em um solvente a base de petróleo, a fim de formar um fluido uniforme, livre de sedimentos abrasivos, água, cloretos e outras impurezas. Uma vez pulverizado sobre a estrutura, ocorrerá a formação de uma fina camada, a qual é facilmente removida após a evaporação do solvente. Os compostos podem ser separados em classes e em graus, dependendo da volatilidade do solvente e do tipo de filme formado (4). Quanto à classe, eles podem ser designados como: • Classe 1 (Compostos Orgâ nicos de Alta Volatilidade - VOC excedendo 340 g/L) • Classe 2 (Compostos Orgânicos de Baixa Volatilidade – VOC não excedendo 340 g/L). Quanto ao grau eles podem ser classificados como: Grau 1 (filme rígido) • Grau 2 (filme flexível) • Grau 3 (deslocador de água – filme flexível) • Grau 4 (transparente – filme não-pegajoso) • Grau 5 (filme removível por vapor a baixa pressão). A tabela 1 sintetiza as principais características dos compostos inibidores de corrosão que são utilizados largamente na indústria aeronáut ica. Sair 6ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos 4- OTIMIZAÇÃO DE MONTAGENS AERONÁUTICAS Na estrutura das aeronaves pode-se encontrar várias fendas e cavidades que levam ao acúmulo de eletrólitos, sujeiras e impurezas, o que favorece o processo corrosivo. Alguns conjuntos podem ser formados por montagens entre materiais dissimilares, que podem corroer na presença de eletrólitos. Uma análise destas montagens, sobre o ponto de vista de corrosão sugere que juntando as características de vedação dos selantes e de impermeabilização/inibição dos compostos inibidores de corrosão, pode-se evitar o ingresso de eletrólitos em fendas e cavidades, bem como promover uma isolação adequada dos materiais dissimilares. 4.1- Emprego dos Selantes As superfícies deverão estar limpas e secas antes da aplicação do selante. A aplicação vai depender do tipo de selagem que será aplicada. O selante de interface é aplicado entre a superfície de contato de duas ou mais partes, e é o selo mais efetivo que pode ser produzido. Este deve ser usado para todas montagens e, onde possível, remontagem. Sempre que possível o selante de superfície de contato deve ser usado em conjunto com selante de filete. Existem dois tipos de instalações de selo de superfície de contato, removível e permanente. • • O tipo removível é para acesso de portas, painéis removíveis, janelas, etc. O selante é normalmente aplicado para subestruturas. O tipo permanente é para selagem entre partes de uma estrutura que é permanentemente colado juntamente com um selante de alta aderência. O selante de filete, ou de costura é o tipo mais comum encontrado em uma aeronave. Selagens de filete são usadas para proteger juntas estruturais ou costuras ao longo dos reforçadores, de topo, paredes, longarinas, e para selar ao redor de ferragens e prendedores. Deve ser usada em conjunção com selagem de superfície de contato (Figura 2). O método de selagem de prendedores depende do tipo de prendedor. Prendedores também são selados durante ou após montagem. Para selar um prendedor permanente durante montagem, aplique o selante no orifício ou mergulhe o prendedor dentro do selante, e instale o prendedor enquanto este estiver úmido. Para prendedores removíveis, inicie o prendedor no orifício e aplique selante no lado inferior da cabeça do prendedor. Para selar após montagem, aplique selante na cabeça do prendedor após a instalação. 4.2 - Emprego de Compostos Inibidores de Corrosão Antes da aplicação do composto inibidor de corrosão, a superfície deve estar completamente limpa, livre de sujeiras, poeira, óleos e graxas. Em seguida, as regiões Sair 6ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos que não possam receber a aplicação do composto, tais como, mantas de isolação, elastômeros, polias, dobradiças, atuadores, devem ser adequadamente protegidas (5). Então, o método mais adequado de aplicação deverá ser escolhido em função do custo por área a ser protegida, materiais adjacentes e superfícies as quais possam ser contaminadas. O método de submersão é mais adequado para peças e montagens pequenas. Já o método que emprega o pincel, para peças e montagens onde o pincel possa facilmente tocar a superfície. E o método de pulverização, para o acabamento de peças e montagens onde o acesso do pincel é limitado, como nas montagens cruzadas (Figura 4). O filme protetor será formado pela evaporação do solvente, a qual deverá ocorrer em área ventilada, sendo que o tempo de evaporação poderá chegar a 2 horas. O filme formado tem aspecto gelatinoso, de modo a produzir uma completa impermeabilização da área. 4.3- Melhorias Obtidas com as Novas Montagens Nos dias de hoje, cerca de 2.600 jatos que já excederam a vida econômica ainda permanecem em serviço. Esta frota provê um conhecimento enorme sobre corrosão o que suplementa o andamento das pesquisas e o emprego de melhorias. Os últimos padrões de prevenção da corrosão que governam os materiais, proteções e processos, tem sido aplicados nos projetos de aeronaves mais modernas ou durante a implementação do Programa de Controle e Prevenção de Corrosão nas aeronaves antigas. Um exemplo típico de melho ria no projeto, que levou a uma melhor proteção da corrosão é ilustrado na figura 5. Neste caso específico, a aplicação de selante de interface na cinta da junção e na instalação dos reforçadores, evita o acúmulo de eletrólito entre as partes, o que iniciaria um processo corrosivo. Um exemplo do resultado das melhorias, na frota mundial de aeronaves com mais de 100 passageiros, é mostrado no gráfico 1 (6). Neste gráfico é possível ser determinada a eficiência das mudanças, a partir de dados relativos a inspeções realizadas em aeronaves entre 5 e 10 anos. Os ganhos obtidos com a aplicação de CIC nas aeronaves podem ser visualizados no gráfico 2 (6), que ilustra uma diminuição no número de casos de corrosão, após o emprego do Composto Inibidor de Corrosão na frota. Apesar dos resultados positivos obtidos pela implementação das novas técnicas de proteção contra corrosão, os fabricantes de aeronave continuam buscando novos tipos de montagens que possam ser empregadas nos projetos futuros e garantir um melhor desempenho das aeronaves ao longo da vida econômica. Sair 6ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos 5- CONCLUSÃO Através do entendimento das causas e dos tipos de corrosão, os fabricantes de aeronaves têm empregado as técnicas de prevenção de corrosão durante o projeto, para garantir um bom desempenho ao longo da vida econômica da frota. A seleção de materiais, proteções superficiais, drenagem, selagem, aplicação de compostos inibidores de corrosão são importantes métodos para o controle da corrosão. Os dados de campo, dos aviões em serviço, constituem uma importante fonte de informação que deve ser utilizada nos projetos futuros. Desta forma, os fabricantes de aeronaves continuam implementando melhorias no controle da corrosão para que os resultados possam ajudar no projeto da geração futura de aeronaves que permanecerão livres de corrosão significante se a manutenção apropriada for executada. 6- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS (1) Sanderson Training Products, “Aircraft Corrosion Control”, Frankfurt, Jeppesen Sanderson Inc., 1985. (2) Department of Transportation, Federal Aviation Administration, “Corrosion Control for Aircraft”, Advisory Circular, 43-4A, 1991. (3) Department of the Navy, “MIL-S-81733 – Sealing and Coating Compound – Corrosion Inhibitive”, Military Specification, Washington, p. 1-34, 1998. (4) Department of the Navy, “MIL-C-16173 – Corrosion Preventive Compound”, Military Specification, Washington, p. 1-15, 1993. (5) Embraer Technical Publication Division, “Corrosion – Inhibiting Compounds”, Corrosion Prevention Manual, 51-61-00, 2001. (6) Banis, D., Marceu, J. A., e Mohaghegh, M., “Design for Corrosion Control”, Aero Magazine, Seattle, 7, 9-16 (Jul), 1999. Sair 6ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos Tabela 1: CIC’s utilizados na indústria aeronáutica. Especificação Características do Componente Tipo 1, Grau 3 • Super penetrante • Fuselagem: região • Inibidores de base sulfonada (11-20%) • Nafta hidrotratada (35-65%) • dos lavatórios e galley Surfactante (0-2%) • Butilglicol • Compartimento de • Inibidor de base sulfonada (10-20%) • Formação de • Região • Deslocador de água • Formação de filme de cera, de baixa aderência. • Pulverização • Submersão • Com pincel Composição Nafta hidrotratada (50-60%) • Região interna da empenagem • Penetrante Forma de Aplicação • acima do piso • Deslocador de água filme de baixa aderência e tenaz Tipo 2, Grau 2 Utilização interna da asa • Fuselagem: região • Pulverização abaixo do piso • Enquadramento das portas • Região trem de pouso Sair 6ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos Figura 1: Exemplo de Selantes: base e catalisador. Figura 2: Exemplo de Composto Inibidor de Corrosão. Sair 6ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos Figura 3: Selante de Filete e de Cabeça de Parafuso. Figura 4: Métodos de Aplicação dos Compostos Inibidores de Corrosão. Sair 6ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos Detalhe da Área Reforçador Selante de interface Selante de interface Revestimento Revestimento Projeto Original Projeto Melhorado Figura 5: Melhoria de Projeto na junção longitudinal do revestimento. Sair 6ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos Eventos de Corrosão Reportados Gráfico 1: Efeito da Implementação de Melhorias 700 600 500 400 300 200 100 0 Revestimento da Asa Longarina da Asa Aviões Pré-Melhorias Revestimento da Fuselagem Aviões Pós-Melhorias Gráfico 2: Efeito da Aplicação de CIC 17% 83% Aviões Pré-Aplicação de CIC Aviões Pós-Aplicação de CIC