Relatório OP trocadores de calor LLN

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CENTRO UNIVERSITÁRIO FANOR WYDEN
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
PRINCIPAIS CAUSAS DO APARECIMENTO DE INCRUSTAÇÕES EM TROCADORES DE CALOR E AS PRINCIPAIS TÉCNICAS DE TRATAMENTO/PREVENÇÃO
Lucas Lima Nogueira -- 202051871962
Disciplina: Operações Unitárias
Professor(a): Eduardo Galdino
FORTALEZA
2023
Lucas Lima Nogueira -- 202051871962
PRINCIPAIS CAUSAS DO APARECIMENTO DE INCRUSTAÇÕES EM TROCADORES DE CALOR E AS PRINCIPAIS TÉCNICAS DE TRATAMENTO/PREVENÇÃO 
Primeiro relatório apresentado à disciplina de Operações Unitárias do curso de Engenharia Química, do Centro Universitário UniFanor Wyden, como parte da nota da AV1.
Prof. Dr. Eduardo Galdino de Souza.
FORTALEZA
2023
1. RESUMO
Neste relatório iremos introduzir alguns conceitos bases sobre calorimetria e trocadores de calor, onde serão expostos diversos problemas comuns em tais equipamentos no setor industrial, juntamente com soluções para tais problemas. 
Alguns problemas que já podemos destacar é incrustação biológica, na qual é o surgimento de camadas de características biológicas que atrapalham a eficiência do equipamento como também danificam as superfícies na qual essa camada orgânica se encontra. Onde podemos ressaltar tratamento por limpeza química para uma solução viável.
Outro problema bem comum é a corrosão, na qual existem diversos tipos (iremos focar nas puntiformes, alveolar e cristais do metal) onde existem diversos meios para solucionar ou amenizar, tal forma que é aplicável através de análises de especialistas na área e assim determinar qual meio utilizar para solucionar o problema.
E incrustação por meio aquoso de alta dureza. Onde o problema consiste em fluidos carregados de íons, que aumentam a provocação de camadas solidas na superfície do equipamento, provocando perca de eficiência ou diminuição da capacidade (fluxo) transitório de fluido.
Para elaboração foi feito diversas pesquisas em sites, empresas, livros e pessoas ligadas a esse ramo. O maior foco para extração de informações do assunto foi por meio de sites.
E podemos concluir que apesar diversas adversidades (a serem citadas) foi possível o desenvolvimento de técnicas e métodos para auxiliar no processo de manutenção e resiliência desses equipamentos de suma importância para indústria.
Palavras-chaves: Trocadores de calor, Incrustação biológica, Incrustação Dureza, Corrosão, Limpeza Química, oxidação, Indústria, equipamento.
2. INTRODUÇÃO
Para darmos início, é necessário termos nota de alguns conceitos bases sobre: Calor, temperatura, troca térmica, e outros conceitos abrangentes sobre trocadores de calor.
Temos por “Calor”, é a energia térmica que passa de um corpo com maior temperatura para outro com menor temperatura. Logo, se não há diferença de temperatura entre dois corpos, não existe calor. Já “Temperatura” como, medida do grau de agitação interno das moléculas que compõem um corpo. Logo, quando falamos que um corpo está a 39 oC, significa que na escala de Celsius (39o de agitação molecular).
Quando falamos de trocas térmicas, ou troca de calor, dois ou mais corpos com temperaturas diferentes são colocados em contato em um mesmo ambiente (sistema isolado) e, depois de certo tempo, alcançam o equilíbrio térmico, onde ocorre do corpo mais quente para o mais frio. Concluindo que se não tiver uma variação de temperatura entre os corpos, não é possível ocorrer um troca térmica ou já apresentam um estado de equilíbrio térmico (ambos os corpos igualaram a temperatura Temp A = Temp B).
Sabendo esses conceitos, podemos abranger sobre Trocadores de Calor e sua importância na indústria química e demais áreas. Trocadores de calor como o nome já propõem são equipamentos de tamanhos e modelos variados, onde seu principal objetivo são modificar a temperatura de um determinado fluido (sendo para aquecê-lo como esfriá-lo). Onde podemos destacar o modelo Casco e tubos e os aletados. Sua importância é fundamental para a integração energética. Dessa maneira, pode contribuir para a redução de custos com energia do processo como um todo, além de torná-lo mais sustentável. Contudo apresentam certos problemas na qual serão mencionados no decorrer do relatório, tal como, incrustações biológicas, água de alta dureza e corrosão.
3. METODOLOGIA
Foi elaborado um sistema de pesquisa baseado em palavras chaves, como: trocadores de calor, troca térmica, incrustação, corrosão. Em diversos sites e livros, onde alguns era sites educacionais, outros de empresas específicas sobre o assunto.
Algumas das empresas q serviram como embasamento sobre assunto foi “Propeq” e “Nordex Industrial”, “Pyro Trocadores de Calor”.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Incrustação Biológica:
O processo de bioincrustação, processo pelo qual materiais ou organismos microbianos, vegetais ou animais indesejados se acumulam em superfícies artificiais. Refere-se à acumulação indesejável de microrganismos e macroorganismos em superfícies fabricadas. (Figura 1)
Qualquer substrato limpo submerso em um ambiente marinho ou contato contínuo é rapidamente sujo, primeiro do filme superficial com proteínas, lipídios e outras moléculas orgânicas. O processo continua à medida que as moléculas de superfície ativa se dividem na superfície. Dependendo das condições, e geralmente logo após, micróbios (referidos como microincrustação) e propágulos de macroorganismos (macroincrustação) povoam a superfície do equipamento.
Contudo, tal problema pode ser resolvido e/ou controlado por meio de limpezas química. Que consiste em: remover as incrustações que se juntam no equipamento depois de algum tempo de utilização. Essa limpeza química deve sempre ser realizada por profissionais que são aptos para a realização.
O procedimento pode ser feito com a diluição do produto químico na água, dentro de um tanque de bomba de circulação, havendo a necessidade de isolar o trocador do circuito, drenar o trocador e circular a solução. Os principais reagentes utilizados junto com “água sanitária” são: Cloreto de Cobre (CuCl2), Hipoclorito de Sódio (NaClO) e Pentaclorofenato de Sódio (C6HCl5O).
O período de reação do produto para realizar a limpeza total ou parcial do trocador de calor, é ligado às variáveis de qualidade da água em sua dureza e minerais, se é fornecida de rio ou poço artesiano e no caso de trocadores a ar quais e quanto de substâncias impuras estão suspensas no ar que circula no trocador de calor. 
Em relação às tubulações, as incrustações podem gerar a redução do diâmetro interno delas, devido ao depósito das impurezas insolúveis no interior dos tubos. Dessa forma, os líquidos que são conduzidos pelas tubulações são impedidos de passar com o escoamento adequado. Isso acarreta a diminuição do fluxo dos fluídos que são transportados no processo. Além disso, outro problema decorrente da diminuição da área interna dos tubos é o aumento da pressão no interior deles. Isso pode provocar entupimentos nas tubulações e até o rompimento destas, o que põe em risco a segurança da indústria. 
Ademais, as incrustações podem atuar como isolantes térmicos, já que os depósitos minerais possuem baixa condutividade térmica. Nesse sentido, equipamentos que dependem de transferência de calor, como caldeiras e trocadores de calor, são amplamente afetados. Isso ocorre, pois, as incrustações, atuando como uma resistência térmica, reduzem a dissipação e a troca de calor nesses equipamentos, o que diminui a eficiência térmica destes. Como consequência desse problema, podem acontecer perdas de energia no processo, já que a eficiência energética está diretamente relacionada com a eficiência térmica, o que gera gastos energéticos indevidos. 
Além disso, as incrustações podem provocar também o aparecimento de trincas e vazamentos nos equipamentos. Isso ocorre já que o aumento da resistência de transferência de calor das incrustações pode gerar um superaquecimento localizado na parede do metal de revestimento. Dessa forma, equipamentos podem ter rupturas em suas estruturas, o que aumenta o risco de acidentes nasindústrias. Dessa maneira, os danos nos equipamentos industriais podem acarretar a redução o tempo de vida útil deles. Além de provocar paradas indevidas na operação para realizar manutenções. Tais fatores resultam na queda da eficiência do equipamento, e consequentemente da produtividade da indústria e no aumento dos gastos para realizar os reparos.
4.2 Corrosão:
A oxidação tem como uma de suas principais consequências na indústria a corrosão de equipamentos metálicos. Esta ocorre devido à diferença de potencial de redução entre os materiais envolvidos. Ou seja, na oxidação há uma substância oxidante unida a um metal, que por sua vez corresponde ao agente redutor, sofrendo perda de elétrons. O resultado é a formação dos produtos oxidativos, os chamados óxidos metálicos, sendo um dos principais exemplos o óxido de ferro, ou ferrugem.
A formação desses produtos representa uma modificação tanto física quanto química dos metais envolvidos. Assim, ao analisar o fenômeno corrosivo, notavelmente observa-se a perda mecânica dos equipamentos industriais (deterioração do material). Isso influencia o rendimento do processo, gerando mais gastos e podendo até inviabilizar a produção.
Podemos classificar os tipos de corrosão: Puntiforme, observada a formação de cavidades puntiformes, juntamente com a formação de compostos derivados do metal. Essas cavidades têm um tamanho maior que o diâmetro e precisam ser analisadas e medidas (principalmente a profundidade) para que se avalie o grau de comprometimento do sistema. Alveolar, de modo semelhante à puntiforme, também está relacionada a formação de cavidades superficiais, com o detalhe que nesse modelo as cavidades assemelham-se bastante a alvéolos. E por último, mas não menos importante rede cristalina do metal: e percebe-se que o processo corrosivo se dá entre os cristais ao longo de uma determinada região. Essas regiões do metal são responsáveis por manter a coesão do material, e estão diretamente relacionadas com a resistência do material.
Ao sofrer corrosão nessa região, o metal torna-se muito mais frágil a qualquer tipo de solicitação mecânica, perdendo muito da sua rigidez. Isso pode causar fraturas no sistema e outros tipos de rompimentos que podem representar uma enorme falha de segurança. 
	Apesar de apresentar diversos tipo de corrosão, tais problemas podem ser solucionado por diversas técnicas e medidas precativas. Algumas medidas com base em modificações no:
Processo: Nas mais variadas indústrias, desajustes de parâmetros e reações químicas secundárias ocorrem e estas acabam por criar um ambiente propício ao desenvolvimento e/ou aceleração de um processo corrosivo. Essas reações, no entanto, podem ser controladas em determinados casos, como ocorre no armazenamento de ácido sulfúrico em tanques de aço carbono. 
Metal envolvido: Além dessas condições específicas de um processo que podem ser alteradas para combater a corrosão eletroquímica, o fenômeno muitas vezes está associado aos metais envolvidos no sistema. Isso acontece, pois, dependendo do meio corrosivo, cada material apresenta determinada resistência à oxidação. A resistência à corrosão não é o único fator a ser considerado, uma vez que parâmetros como condutividade térmica, resistência mecânica, dureza e custos também são importantíssimos.
Meio Corrosivo: Dessa maneira, modificar os metais envolvidos na corrosão é uma opção para protegê-lo contra a oxidação, adequando-o ao meio corrosivo. Todavia, o oposto também é possível, ou seja, adequar o meio corrosivo ao material utilizado no processo.
Aplicação de revestimento protetores: Por fim, umas das maneiras mais comuns de se proteger uma superfície metálica da corrosão eletroquímica é o revestimento dela. Este pode ser feito utilizando diferentes materiais, incluindo materiais metálicos, não metálicos orgânicos e não metálicos inorgânicos. Onde os metálicos: No geral, almeja-se criar uma camada de metais que sejam mais resistentes à corrosão ou uma camada de óxidos ou hidróxidos pouco permeáveis que diminuam o contato do metal com o meio corrosivo. Os ametálicos: Em suma, esse método se resume à deposição ou formação de compostos inorgânicos em superfícies metálicas que são resistentes ao meio corrosivo e impedem o contato deste com o metal. Como principais compostos utilizados, tem-se os cimentos, porcelana, vidros e sais inorgânicos. Não metálicos orgânicos: principais métodos de proteção à corrosão é o revestimento com tintas e polímeros específicos. Se quiser entender mais a respeito desse tipo de revestimento, leia nosso conteúdo sobre tintas anticorrosivas, onde explicamos o funcionamento e aplicação delas!
5. CONCLUSÃO
Apesar dos trocadores conterem vários problemas (citados acima), com o avanço da tecnologia e estudos foi possível desenvolver métodos e formas (também citado acima) para manter tais equipamentos em funcionamento, já que apresentam um papel fundamental para indústria. Com a devida manutenção e rotina de mantimentos é possível estender a “vida útil” do equipamento evitando mais gastos futuros a respeito de compra e substituição do equipamento.
6. Anexos e fotos:
Figura 01: Incrustação Biológica
Figura 02: Caso de Corrosão Figura 03: tipos de corrosão
7. BIBLIOGRAFIA
Sites:
Trocas de calor. O princípio de trocas de calor - Mundo Educação (uol.com.br)
Princípio geral das Trocas de Calor - Resumo de Física Enem (blogdoenem.com.br)
O que é calor? - Brasil Escola (uol.com.br)
Trocadores de calor: Quais os tipos e por que são importantes? - Propeq
Trocador de calor - Trocador de Calor
DeCS (bvsalud.org)
Pesquisa | Portal Regional da BVS (bvsalud.org)
https://www.scielo.br/j/bioce/a/qLNcT7k4Msxyg7kjLHr7SmL/?lang=pt&format=pdf
Corrosão eletroquímica: o que é e como evitá-la? - Propeq
Corrosão: o que é e como evitá-la em sua indústria - Propeq
Água dura e seus riscos - Ag Solve Monitoramento Ambiental
Livros:
Materiais Para Equipamentos de Processo – 6ª edição. Pedro C. Sillva Tales
Princípios de transferência de calor - Kreith, Frank, Manglik, Raj, Bohn, Mark
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