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Tópicos em biocorrosão e biofouling
Ricardo José Lavitschka
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Biocorrosão e Biofouling
Estimativa Britânica (anos 70’) – perdas anuais de 0,84% do PIB.
- Custos pulverizados em paradas para substituição de peças corroídas, limpeza, manutenção, substituição de elementos filtrantes, remoção de depósitos biológicos, problemas de vedação, etc.
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O que são?
• Biocorrosão: “processo eletroquímico de dissolução metálica iniciado ou acelerado por microrganismos”
• Biofouling: “acumulo indesejável de depósitos biológicos sobre uma superfície”
Em geral o biofouling resulta no acúmulo de biofilmes. Um biofilme é constituído por células imobilizadas em um substrato – em geral uma matriz de material polimérico extracelular.
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Problemas comuns em:
• Indústrias em geral• Extração, envio, processamento e
armazenagem de petróleo e derivados• Aviação (ex. tanques de combustíveis)• Navios (ex. cascos e motores)• Distribuição de energia elétrica• Outros
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Biofouling
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Biofouling
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Biofouling
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Biocorrosão...princípios..
Ambos processos baseiam-se na diferença de concentração de oxigênio nas duas regiões (anódica menos aerada e catódica mais aerada), que facilita a formação de uma célula de aeração diferencial.Em geral, os microrganismos induzem e mantém um gradiente de concentração elevado pela respiração, acelerando a reação de corrosão.
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Microrganismos e a corrosão
• Grande velocidade de reprodução(progressão geométrica)
• Alta relação superfície / volume(volume médio de bactérias = 1µm³)1cm³ = quantos cubos de 1µm³ ?Qual a relação de superfície em relação à 1cm³? • Alta atividade e flexibilidade metabólica de troca com o meio
• Distribuição uniforme no ambienteSempre há algum. O ambiente apenas “seleciona aquele que pode se reproduzir”.
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Relembrando...• Microrganismos que participam do ciclo do
enxofre têm grande relevância nos processos corrosivos
• Fermentação – a oxidação ocorre sem receptores externos de elétrons
• Respiração – o oxigênio molecular atua como receptor de elétrons
• Respiração anaeróbica – participa um receptor de elétrons diferente do oxigênio (ex.: nitratos, sulfatos)
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O processo aeróbico
bacteriano (respiração) é basicamente
similar
Antes de mais nada, vamos nos deter no exemplo do processo metabólico das mitocôndrias....”uma organela presente em nossas células que teve origem em uma bactéria”.....
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As mitocôndrias geram energia a partir de nutrientes
• Sem mitocôndrias animais, fungos e plantas seriam incapazes de utilizar oxigênio – seria um veneno.
• Produzem ATP (adenosina trifosfato) a partir de ADP (adenosina difosfato)
• Contém seu próprio DNA e maquinaria celular
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Mitocôndria vista sob microscopia
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Vantagem evolutiva na aquisição das mitocôndrias
• Via anaeróbica1 molécula de glicose = 2 ATP
• Via aeróbica1 molécula de glicose = cerca de 30 ATP’s(fosforilação oxidativa)
• Provavelmente viabilizou o surgimento de organismos eucariotos pluricelulares
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Origem das mitocôndrias:
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• Autoreplicantes (tal como bactérias):adaptam-se as necessidades celulares
• Combustíveis:piruvato (glicose e outros açucares) acidos graxos (gorduras)
• Combustíveis convertidos em acetil CoA na matriz mitocôndrial
ciclo do acido cítrico
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Similarmente à maioria das bactérias aeróbicas, possui inseridas as proteínas
responsáveis pela cadeia respiratório e um complexo enzimático chamado
ATPsintetase, que produz o ATP, além de proteínas transportadoras específicas, que regulam a passagem para dentro e fora da
matriz.
Organização:
Membrana Interna:
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Matriz:
A matriz mitocôndrial contêm DNA mitocondrial, ribossomos mitocondriais essenciais, RNAt, e várias enzimas requeridas para expressão dos genes mitocondriais. Além de centenas de enzimas
Organização:
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O fluxo de prótons pela ATPsintase produz ATP
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Exemplos de microrganismos
relacionados à corrosão• Bactérias oxidantes de enxofre, gênero
Thiobacillus:
Reação básica: S- + 202 + 2H2O = 2H2SO4
• Bacilos curtos, com 0,5μm X 1,0 a 3,0μm.
• Possui flagelo, temperatura de crescimento varia de 10 até 55°C.
• Thiobacillus denitrificans: capaz de usar nitratos (NO3 ao invés de O2) como receptores de elétrons. Capaz de oxidar 31g de enxofre por g de carbono, (produção metabólica de ácido sulfúrico), podendo causar acidez no meio.
Reação básica: 2NO3- + S + H2O + CaCO3 = CaSO4 + N2
Agressão acentuada à superfícies metálicas, além de estruturas de
pedra e concreto
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Tubulação de gás com corrosão causada por
Thiobacillus ferrooxidans
• Estritamente aeróbico, cresce em faixa de pH 1.5 a 5. Pode oxidar Fe2+.
“Na natureza seu habitat são águas
ácidas naturais com alto teor de ferro, sendo sua
literatura relacionada a processos de
biolixiviação de minerais”
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“Bactérias do Ferro”• Poucas são as águas que não
contêm ferro, embora em leves traços. Todavia, mesmo em
regiões ferruginosas, as águas naturais contêm, geralmente,
menos de 5 mg/l de ferro. Excepcionalmente as águas
subterrâneas podem apresentar teores de 40 a 50 mg/l.
Estes metais ocorrem, nas formas mais comuns, como
bicarbonato ferroso - Fe(HCO3)2 e bicarbonato manganoso Mn(HCO3)2 , notadamente em águas subterrâneas,
devido à presença de dióxido de carbono e ácido carbônico, que
aumentam a solubilidade de certos minerais.
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Na maioria dos casos, estas células bacterianas
crescem formando “tubos”, semelhantes à
uma espécie de envelope, contendo óxidos de ferro e
manganês, fato que confere durante seu
crescimento uma cor que vai do laranja ao marrom
ou ainda preto.
Bactérias do ferro O ferro e o manganês favorecem o
desenvolvimento de algas diatomáceas e
de certas bactérias (Crenotrix polysfora, Leptothrix achrácea,
Spyrophylum ferrugineum, Gallionella ferruginea) e outras.
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Em decorrência do metabolismo
bacteriano, as águas assim aciduladas,
atacam as tubulações e equipamentos, com
formação de bicarbonato ferroso ou manganoso, assimilado depois pelas próprias
bactérias.
Podem ainda, imprimir à água, cor avermelhada ou negra características, conforme a proporção
de ferro ou manganês, bem como afetar as qualidades organolépticas.
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Biocorrosão do alumínio e suas ligas e de combustíveis por contaminantes
microbianos• Diversos microrganismos são capazes de metabolizar hidrocarbonetos
parafínicos com cadeias lineares de átomos de carbono entre C10 e C18 (fração querosene)
• São bactérias e fungos que crescem dentro de gotículas de água em suspensão, na interfase água / combustível.
A presença do fungo Horcomonis resinae, frequentemente isolado a partir de combustível de aeronaves ou barcos, resulta em:
• Entupimento frequente de tubulações• Entupimento de filtros• Mal funcionamento de instrumentos• Corrosão localizada nos tanques, especialmente no fundo, paredes e
nervuras de reforço, onde o micélio fúngico adere, criando zonas de acidificação.
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Placa de petri onde se evidenciam as inúmeras
colônias escuras de Horcomonis resinae , que é um agente microbiano
comum no diesel de embarcações
Amostra de diesel de embarcações
contaminado com fungo
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• A corrosão do alumínio não se deve a um único mecanismo metabólico, mas a um sinergismo entre vários.
Ex.: produção metabólica de ácidos graxos, com conseqüente aumento da acidez, + consumo microbiano de inibidores de corrosão (nitratos e fosfatos) + processos de aderência microbiana, que aumentam o ataque ao metal base + aumento das características oxidantes do meio, etc.
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Obrigado !
Para saber mais:
VIDELA, H. A. .Biocorrosão, Biofouling e biodeterioração de materiais. 1ª ed. Ed. Edgard Blücher. 2003. 148p.