Relatório OP trocadores de calor LLN

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Unifanor Wyden Engenharia Química Operações Unitárias 
CENTRO UNIVERSITÁRIO FANOR WYDEN 
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
 
 
 
 
 
 
 
Lucas Lima Nogueira -- 202051871962 
Disciplina: Operações Unitárias 
Professor(a): Eduardo Galdino 
 
 
 
 
 
FORTALEZA 
2023 
PRINCIPAIS CAUSAS DO APARECIMENTO DE 
INCRUSTAÇÕES EM TROCADORES DE CALOR E AS 
PRINCIPAIS TÉCNICAS DE TRATAMENTO/PREVENÇÃO 
 
 
Unifanor Wyden Engenharia Química Operações Unitárias 
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 
 
 
Unifanor Wyden Engenharia Química Operações Unitárias 
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. 
 
 
 
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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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
https://propeq.com/consultoria-para-industrias/#peeind
https://propeq.com/post/industria-quimica-sustentavel/
 
 
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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”. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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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. 
 
https://propeq.com/post/incrustacao-tubulacoes/
 
 
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Ademais, as incrustações podem atuar como isolantes térmicos, já que os depósitos 
minerais possuem baixacondutividade 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 nas indústrias. 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. 
 
 
 
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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! 
 
 
 
 
https://propeq.com/post/tintas-anticorrosivas/
 
 
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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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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6. Anexos e fotos: 
 
Figura 01: Incrustação Biológica
 
Figura 02: Caso de Corrosão 
 
 
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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 
 
 
https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/trocas-calor.htm#:~:text=A%20troca%20de%20calor%20acontece,tempo%2C%20alcan%C3%A7am%20o%20equil%C3%ADbrio%20t%C3%A9rmico.
https://blogdoenem.com.br/principio-geral-da-troca-de-calor/
https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-calor.htm
https://propeq.com/trocadores-de-calor/#:~:text=Ademais%2C%20como%20mencionamos%2C%20o%20trocador,de%20torn%C3%A1%2Dlo%20mais%20sustent%C3%A1vel.
https://www.trocadordecalor.com.br/trocador-de-calor
https://decs.bvsalud.org/ths/resource/?id=53773
https://pesquisa.bvsalud.org/portal/?q=mh:(%22Incrusta%C3%A7%C3%A3o%20Biol%C3%B3gica%22)https://www.scielo.br/j/bioce/a/qLNcT7k4Msxyg7kjLHr7SmL/?lang=pt&format=pdf
https://propeq.com/corrosao-eletroquimica/?gclid=EAIaIQobChMIpcjEi5TB_gIVailMCh1XRwOAEAAYASAAEgJrlPD_BwE
https://propeq.com/corrosao-o-que-e-e-como-evitar/
https://www.agsolve.com.br/noticias/agua-dura-e-seus-riscos
 
 
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