melhorias implementadas nas aeronaves visando a

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