Serviços Típicos e uso de Ligas Metálicas

Prévia do material em texto

Serviços Típicos, uso 
de Ligas Metálicas 
Acadêmicos: Dionatan Morandin, Erik Ely, João Paulo 
Eckert, Letícia Zarpelon e Scheila Girotto 
Trocadores de Calor 
Trocador ou permutador de calor é um equipamento utilizado para aquecer, 
resfriar, vaporizar ou condensar fluídos de acordo com as necessidades e 
demandas de um processo 
Consiste em um equipamento que utiliza uma parede normalmente metálica 
para separar dois ou mais fluidos de temperaturas distintas
Existe uma grande variedade de trocadores de calor devida a infinidade de 
aplicações e necessidades que podem haver na indústria 
Trocadores de Calor 
Processo de 
transferência 
Tipo de construção
De placa Tubo Contato direto Contato indireto 
Serpentina Com carcaça Transferência direta Armazenamento Tubo duplo 
Características dos 
Materiais de Cada 
Componentes 
Tubos 
Os tubos costumam apresentar uma parede bem fina, raramente 
ultrapassando os 3mm de espessura para atingir uma melhora troca de calor e não 
sobrecarregar o peso do equipamento
Não podem apresentar nenhum nível de corrosão com o passar do tempo pois 
precisam passar pelo processo de madrilhagem nos espelhos do permutador e 
devido a essa necessidade acabam sendo empregados materiais mais nobres em 
sua construção uma vez que são raras as situações em que os tubos podem ser 
revestidos 
O tubo também deve ser 
compatível com o material do 
espelho para que não ocorra o 
processo de formação de par 
galvânico e nenhum dos materiais 
seja danificado durante o 
processo 
Espelho 
Os espelhos são de construção forjada ou cladeada quando revestidos por 
chapas.
O revestimento anticorrosivo deve ter uma espessura mínima de 9 mm, de 
forma que possa conter um rasgo completo de mandrilagem dos tubos. 
Nesses casos podem ser admitidas margens para a corrosão do material uma 
vez que nessas partes podem ser aplicados revestimentos anticorrosivos.
Tanque e Carretel 
São utilizados materiais menos nobres e não tão resistentes como nos tubos, 
isso porque o material que vai estar em contato com o tanque é o menos nocivo a 
estrutura e o carretel que recebe o fluido mais abrasivo é de fácil manutenção e 
pode ser revestido com materiais mais resistentes com grande facilidade.
Fluxo dos fluidos 
É sempre preferível que os fluidos mais sujos, corrosivos, densos ou o que 
exigem materiais mais nobres e resistentes passem por dentro dos tubos pois 
assim o fluido mais corrosivo ficará em contato com o carretel e os tubos do 
trocador e não com o casco que é mais frágil e de difícil manutenção devido ao seu 
tamanho.
Serviços com vapor 
Serviços com vapor
O vapor de água é pouco corrosivo, porém existe em todos os casos o 
aumento de temperatura do mesmo e consequentemente o aumento de pressão.
Materiais para Serviço com Vapor
Materiais para Serviço com Vapor
Sopragem a vapor
As linhas de vapor são sopradas antes 
de colocar uma nova unidade em 
funcionamento para remover qualquer 
material estranho que possa ter 
permanecido no equipamento e na 
tubulação de vapor depois da conclusão 
da construção. Se este material estranho 
entrar no sistema de vapor do 
equipamento durante o funcionamento, 
pode provocar um dano considerável.
Prevenção a corrosão
As condições que permitem a ocorrência de corrosão podem ser controladas e 
a corrosão reduzida por implementação apropriada de purga de vapor em 
processos operacionais, especialmente durante o desligamento para prevenir que 
o ar e água reajam.
Serviços com ar 
comprimido
Sistemas de ar comprimido
Um sistema confiável ar comprimido é a fonte de energia central para a 
fabricação de metal, que mantém a produção em movimento de forma rápida e 
eficiente. Os compressores de ar acionam equipamentos para corte, soldagem, 
fixação, jateamento e acabamento de projetos em metal. Desde oficinas de molde e 
derretimento até acabamento e remoção de rebarbas, os esmeris, chaves de 
impacto e martelos industriais são amplamente usados em todo o setor de aço e 
ferro.
Por que utilizar o ar comprimido?
● Pois apresentam um tratamento que promove a qualidade do ar para que não 
aconteçam falhas nos processos de produção comprometendo esses sistemas 
e gerando custos elevados;
● Não possuem umidade, eliminando assim, os riscos de danos aos 
equipamentos que compõem a rede de ar comprimido e até mesmo ao 
produto final.;
● A quantidade de contaminantes é mínima.
Serviços de ar comprimido em tubulações 
Uso de aço-carbono galvanizado para diâmetros 
de até 4” e de aço carbono para diâmetros de 2” ou 
maiores. Sendo que ambos possuem uma margem de 
corrosão de 1,2. 
Algumas das vantagens são: resistência a 
corrosão por água e umidade do ar, excelente custo 
benefício, não oxida, durabilidade maior, higienização 
mais fácil.
Serviços de ar comprimido em vasos
Uso do aço-carbono com uma margem de 
corrosão de 1,5 para partes externas 
desmontáveis.
E para materiais de aparafusamento e de 
fixação, uso do aço inoxidável do tipo 405 ou 410.
Serviços em baixas 
temperaturas 
Tratamentos em baixas temperaturas
● Utilizados para aumentar a resistência ao desgaste e a tenacidade em 
materiais que trabalham em altas velocidades e sob altas temperaturas, e 
necessitam de alta dureza e resistência.
● Na Suíça, a baixa temperatura das regiões alpinas foi utilizada para 
aperfeiçoar o comportamento do aço, que era submetido, por um longo 
período, a temperaturas negativas, o que resultou na melhoria de 
algumas de suas propriedades. 
● Em metais e ligas tem como finalidade melhorar uma ou mais 
propriedades quando submetido o material a temperaturas muito baixas, 
podendo variar de -60 °C a -196 °C. Utilizado para melhorar as suas 
propriedades conferindo dureza, ductilidade, tenacidade, obtendo 
melhoras na resistência ao desgaste e a fadiga, em engrenagens de 
motores e engrenagens de sistemas de transmissão. 
Tratamentos em baixas temperaturas
● Tratamento Subzero
Realizado em temperaturas na faixa de -60 °C a -80 °C, por alguns minutos ou 
algumas horas, com a utilização, por exemplo, de gelo seco, metanol ou freon; 
após submersão nesses fluidos, o material é reaquecido até a temperatura do 
início do processo, por convecção natural.
● Tratamento Criogênico
Tratamento criogênico pode ser feito por imersão direta em nitrogênio 
líquido, sendo este processo considerado como molhado, ou a seco, 
quando o material não é imerso, mas mantido em uma atmosfera gasosa 
de nitrogênio. Os tratamentos são realizados em temperaturas na faixa de 
-125 °C a -196 °C. 
Tratamentos em baixas temperaturas
● Tratamento Criogênico Profundo
Consiste em resfriamento lento e controlado, a partir da temperatura ambiente 
até -196 °C. O metal então é mantido durante um intervalo de tempo nestas 
condições e depois é reaquecido de forma lenta e controlada para evitar 
mudanças bruscas de temperatura que possam provocar o aparecimento de 
trincas e/ou tensões interna. 
✅ Aumento da vida útil do material;
✅ Reduzir custos de produção;
✅ Menor tempo de inatividade devido reposição ou reparo de peças.
Tratamentos em baixas temperaturas
Serviços em elevadas 
temperaturas 
Resistência ao calor e materiais refratários
● Aços refratários são aqueles que quando expostos de modo contínuo ou 
intermitente, em meios de várias naturezas (gasosos ou líquidos), à ação 
de temperaturas elevadas, apresentam capacidade de suportarem 
aquelas condições de serviços, química e mecanicamente. Geralmente 
são aços enriquecidos com Al, Cr, Cu, Ni, Si e W. 
● Argila (alumina e sílica)
● Ligas de cromita e zircônia. 
● Materiais cerâmicos (vidro, cimento)
Seleção de materiais
A seleção de materiais para serviços nãocorrosivos em altas temperaturas é 
feita em função de dois limites de temperatura:
1. temperatura-limite do início de formação de carepas.
2. temperatura-limite de resistência à fluência aceitável.
Efeito da temperatura na fluência
Em altas temperaturas (e baixas 
taxas de deformação), uma deformação 
(ε) depende não somente da tensão (σ) , 
mas também do tempo (t) e da 
temperatura (T).
Fluência é um fenômeno de 
deformação permanente, lenta e 
progressiva, que se observa nos metais e 
ligas metálicas com o decorrer do 
tempo, quando submetidos a esforços 
de tração em temperaturas elevadas. 
Falha por 
fluência de 
uma
palheta de 
turbina de 
avião.
Falha por fluência de uma tubulação.
A temperatura-limite de resistência a fluência pode ser ultrapassada em 
apenas duas condições específicas, desde que, não sejam atingidas as 
temperaturas de início de formação de carepas e nem a temperatura máxima de 
resistência mecânica aceitável do material.
1. em serviços contínuos, para as partes não submetidas a esforços mecânicos.
2. em curto período de duração para equipamentos em geral.
A temperatura de início de 
formação de carepas não pode ser 
ultrapassada em nenhum caso de 
serviço contínuo, entretanto a única 
tolerância de ultrapassagem é em 
picos eventuais com curta duração e 
que não coincidam com grandes 
esforços mecânicos. 
Existem também outros fatores que devem ser levados em conta na seleção do 
material:
I. tempo de serviço previsto em cada faixa de temperatura.
II. resistência mecânica dos materiais na temperatura do projeto.
III. modificação na estrutura metalúrgica do material. 
IV. temperaturas-limite em que possam ocorrer situações anormais de operação. 
A seleção do material-base das chapas cladeadas é sempre 
feita pela menor das duas temperaturas-limites.
Vale ressaltar, que as tabelas de tensões admissíveis das normas da ASME 
(para vasos de pressão e para tubulações em refinarias e indústrias químicas) 
fornecem valores de tensão admissível bem mais altas do que as apresentadas na 
tabela anterior, isso, entretanto, não quer dizer que esses materiais possam ser 
empregados até tais temperaturas. 
Devido ao seu alto custo, as ligas de Ni e de aço 
inoxidável só são empregadas para fabricação de 
equipamentos de pequenas dimensões. 
Quando se trata de 
equipamentos de 
grande porte, em geral, é 
empregado aço-carbono 
como material de 
construção e este é 
revestido internamente 
com material refratário. 
Tratamento térmico em altas temperaturas
Através dos tratamentos térmicos, é possível: amolecer (reduzir a dureza e 
melhorar a tenacidade); endurecer (aumentar a resistência mecânica); e/ou 
modificar as propriedades do metal (maximizar a vida útil do metal e suas 
propriedades).
● Recozimento
Utilizado para restaurar estruturas e características e para homogeneizar e 
refinar as estruturas internas do aço.
Objetivo de diminuir a dureza aumentando a usinabilidade.
Esse tratamento térmico conta com um resfriamento lento dentro do forno.
● Alívio de tensões
Aquecimento controlado de aços soldados ou submetidos a tensões residuais, 
seguido por um resfriamento controlado, com o objetivo de reduzir tensões 
superficiais nas peças.
É feito com temperatura abaixo da linha crítica.
Melhora a estabilidade.
● Normalização
Aquecimento acima de temperatura crítica das peças seguido de resfriamento 
ao ar.
Obtenção de microestruturas refinadas e homogêneas.
● Têmpera 
 Aquecidas em fornos a altas temperaturas, cerca de 900ºC, até que a 
temperatura seja homogênea sobre toda a peça. Logo após resfria-se rapidamente.
 Aumento da dureza, aumento na resistência à tração e redução de 
tenacidade.
● Revenimento
Aquecimento a temperaturas mais baixas do que na têmpera, após são 
resfriadas de forma natural ou em casos específicos em água ou em banho de sais.
Aumento da tenacidade, corrigir as tensões recorrentes e ajustar a dureza 
conforme a aplicação da peça solicita.
● Cementação
Aquecimento da peça em conjunto com um material rico em carbono a 
temperaturas elevadas.
Fornece às peças elevada dureza externa e aumento da resistência ao 
desgaste. 
● Nitretação
Aquece-se o aço a uma temperatura na casa dos 500ºC que em conjunto com 
o gás Nitrogênio cria na peça uma camada de elevada dureza.
Conferir elevada dureza externa
Uso em elevadas temperaturas
Os principais campos de aplicação desses materiais situam-se nas 
indústrias de refino do petróleo e química, em equipamentos para 
aquecimento (fornos, estufas, etc.), em turbinas a gás e a vapor, na indústria 
automobilística, aeronáutica e semelhantes.
Caldeiras
● aço carbono
● ferro fundido
● aço inox (áreas que não são 
expostas ao líquido)
Reatores
● aço carbono
● aço inoxidável
● alumínio e outras ligas 
especiais.
(depende do tipo de processo)
Tubulações industriais
● aço carbono (galvanizado)
Alto forno
● ferro fundido.
● aço.
● revestido na parte interna com 
material refratário e na parte 
externa com liga metálica.
Serviços com águas 
agressivas
Ligas metálicas em águas agressivas
A água do mar e águas poluídas, de um modo geral, são extremamente 
agressivas para os materiais metálicos. Os equipamentos e tubulações que 
trabalham com essas águas constituem sempre um grave problema de 
manutenção, devido a intensa corrosão, agravada com o fato dessas águas serem 
altamente eletrolíticas.
Ligas mais resistentes a corrosão, em especial 
à água do mar 
● Monel 400
 
● Alloy 625
● Alloy 825
Liga Monel 400 
Uma de suas principais características é a alta resistência a vapor em 
temperaturas elevadas, água do mar e soluções do tipo cáusticas ou salinas em 
geral. 
Composição:
Composição:
65,89% de Ni aproximadamente
Liga Monel 400 
Embora seja um metal muito útil, custa cinco a dez vezes mais que o níquel ou 
o cobre comuns. Com isso, ele é usado somente quando nenhum outro metal 
poderia fazer o mesmo trabalho.
Principais aplicações:
A liga Monel 400 é principalmente usada para ambientes marinhos, em:
● Acessórios
● Válvulas
● Bombas
● Tubulações
Liga Alloy 625
É praticamente imune à corrosão sob tensão por cloretos e, por esta razão, a 
liga é usada em componentes expostos à água do mar.
Composição:
60,9 % de Ni aproximadamente 
Liga Alloy 625
Larga aplicação na indústria química e petroquímica.
Principais aplicações:
● Equipamentos responsáveis pelo refinamento de óleos naturais
● Equipamentos utilizados em alto mar
● Equipamentos de diversos processos em toda indústria petroquímica
Liga Alloy 825
Foi desenvolvido para fornecer excepcional resistência à corrosão em 
ambientes oxidantes e redutores. A liga também é resistente a rachaduras.
Composição:
30,66% de Fe aproximadamente
30,66% de Fe aproximadamente
Liga Alloy 825
É resiste ao ataque em meio fortemente oxidante, como nitratos, ácido nítrico 
e sais oxidantes. Também resiste à maioria dos ácidos orgânicos e soluções 
alcalinas. 
A liga é razoavelmente dúctil e pode ser trabalhada de forma semelhante aos 
aços inoxidáveis austeníticos.
Principais aplicações:
● Trocadores de calor de água salgada refrigerada
● Dissolvedores de combustíveis
● Evaporadores
● Purificadores de ar
Inovações 
As inovações do tratamento em baixas temperaturas estendem-se pelas 
indústrias de “óleo e gás”, naval, turbinas e por quase todos os componentes 
utilizados em veículos automotivos, veículos elétricos, energia eólica, energia das 
marés, etc. Ele representa o maior desafio já enfrentado por quaisquer 
componentes já fabricados, prolongando sua vida útil.
Referências Bibliográficas
● TELLES, Pedro Carlos da Silva. Materiais para equipamentos de processo. 
6 ed. Rio de Janeiro: Interciência, 2003. 
● CASTILHO, Weimar Silva. Tratamentos criogênicos nos metais. Rev. Sítio 
Novo Palmas v. 3 n. 2 p. 115-126 jul./dez. 2019. e-ISSN: 2594-7036. 
● Escola Politécnica da USP Departamento de Engenharia Metalúrgica e de 
Materiais. Comportamento mecânico de materiais. 2014.Disponivel em: 
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/236710/mod_resource/content/0/
PMT3100_Aula%2009_2014_2.pdf