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TUBULAÇÃO DE ÁGUA BRANCA DE FÁBRICA DE PAPEL INTEGRANTES: ANA LUIZA ROMAN DE SOUZA FERNANDA SILVEIRA CHAVES KARINA TAKAI PEREIRA THALYTA FONSECA SILVA 2 SUMÁRIO 1. Estudo de caso i. Indústria de papel e celulose ii. Água branca iii. Qual o material utilizado? iv. Quais são as condições operacionais? v. Quais problemas e empecilhos encontrados? vi. Qual a possível solução? vii. Acidente Ambiental 2. Artigo i. Introdução ii. Materiais e métodos iii. Resultados e discussão iv. Conclusão 3. Perguntas para os alunos 4. Referências Bibliográficas 3 INDÚSTRIA DE PAPEL E CELULOSE 4 Vídeo 1: Processo de fabricação do papel. Fonte: Manual do Mundo, 2016. 5 Figura 1: Como o papel é feito a partir do eucalipto. Fonte: Veracel, S. D. 2016. ÁGUA BRANCA • Residual; • Provém da seção de formação da máquina de papel e contém fibras e aditivos; • A composição varia ao longo do processo. Os fatores que influenciam na composição da água branca são o tipo da máquina; tipo da matéria-prima que pode ser fibrosa e não fibrosa; dimensão das aberturas da tela formadora e intensidade do vácuo aplicado na máquina de papel. 6 QUAL O MATERIAL UTILIZADO? AÇO INOXIDÁVEL AISI 304 Tipo: • Austenítico – ligas não-magnéticas de cromo- níquel, contendo tipicamente 8% de níquel, com baixo teor de carbono; Características: • Possui resistência a oxidação até a temperatura de 850⁰C, e resistência a corrosão intercristalina até a temperatura de 300 ⁰C; • Para se evitar uma diminuição de resistência à corrosão, deve-se eliminar a carepa; Formato: Redondos 7 Figura 2: Aço inox. Fonte: Arinox Comercial LTDA, 2014. QUAL O MATERIAL UTILIZADO? COMPOSIÇÃO QUÍMICA 8 ABNT/SAE /AISI C Mn P S Si Ni Cr N 304 0,08 2,00 0,045 0,030 0,75 9,00 19,00 0,10 Tabela 1: Composição química dos elementos presentes na fabricação do aço inox 304 (em porcentagem). Fonte: Favorit Aços Especiais, 2017. QUAL O MATERIAL UTILIZADO? APLICAÇÕES 9 Figura 3: Utensílios domésticos em aço inox. Fonte: Brasil Escola, 2017. Figura 4: Equipamento da indústria de Papel e Celulose em aço inox. Fonte: Dedine S/A Indústrias de Base, 2010. Figura 5: Tanque fermentador de cerveja. Fonte: Alibaba Group, 2010. QUAL O MATERIAL UTILIZADO? 10 Fonte: Manual Técnico de Aço Inoxidável, 2011. Fonte: Manual Técnico de Aço Inoxidável, 2011. Tabela 2: Tolerância na Espessura - Chapas Finas de Inox Laminadas a Frio - NBR 6356/84. Tabela 3: Tolerância no Comprimento - Chapas Finas de Inox Laminadas a Frio - NBR 6356/84. CORROSÃO • Corrosão no cordão de solda, em torno e ao longo do mesmo, aparecendo pites ou alvéolos. Cordão de solda: É a solda propriamente dita; 11 Figura 6: Tubo de aço com presença de carepa e cordão de solda. Fonte: Aprieto Jato, 2014. CORROSÃO Por pites: Cavidades que apresentam o fundo em forma angulosa e profundidade geralmente maior do que o seu diâmetro; Alvéolar: apresentam fundo arredondado e profundidade geralmente menor que o seu diâmetro. 12 Figura 7: Corrosão alveolar e por pites. Fonte: Nunes, 2006. Figura 8: Corrosão por pite. Fonte: Gentil, 2001. QUAIS SÃO AS CONDIÇÕES OPERACIONAIS? • 13 QUAIS SÃO AS CONDIÇÕES OPERACIONAIS? CLORETO • 14 QUAIS SÃO AS CONDIÇÕES OPERACIONAIS? TEMPERATURA • A abrasão ou calor excessivo – geralmente causado pela soldagem - podem destruir a camada passiva (protetora) e deixar a superfície vulnerável a corrosão na superfície. 15 Tabela 4: Coeficientes de expansão térmica dos aços inoxidáveis Fonte: Cunto J., 2005. Aço 20⁰C - 100⁰C 20⁰C - 200⁰C 20⁰C - 400⁰C 20⁰C - 600⁰C 20⁰C - 800⁰C 409 10,5 11,0 11,5 12,1 12,8 439 10,2 10,5 11,0 12,1 12,8 441 10,5 11,0 11,5 12,1 12,8 436 11,0 11,7 12,1 12,7 14,2 304 17,5 18,0 18,5 19,5 21,0 QUAIS SÃO AS CONDIÇÕES OPERACIONAIS? PH • A taxa de corrosão tem relação direta com o teor ácido das soluções. • pH ácido assimilado a cloretos. 16 QUAIS PROBLEMAS E EMPECILHOS ENCONTRADOS? CLORETO, TEMPERATURA E PH – CORROSÃO • Corrosão química X Corrosão eletroquímica • Corrosão em torno do cordão de solda • O aço inox apresenta maior resistência à corrosão e oxidação devido ao fenômeno da passividade. • O aço AISI 304 , em presença de cloreto e meio ácido, sofre corrosão. • Abrasão mecânica, tratamento térmico, soldagem, sal, ácidos fortes e contaminação galvânica danificam a camada de óxido de cromo e causam oxidação indesejada. 17 Figura 9: Corrosão em torno do cordão de solda. Fonte: Nunes, G., 2014. QUAIS PROBLEMAS E EMPECILHOS ENCONTRADOS? IMPERFEIÇÕES DE SOLDAGEM • Deformação angular • Desalinhamento • Trinca • Cavidades (Ex.: poros e retrações) 18 Figura 10: Deformação angular. Fonte: Quites A., 2011 Figura 11: Desalinhamento. Fonte: Quites A., 2011 Figura 12: Exemplos de trincas. Fonte: Quites A., 2011 QUAL A POSSÍVEL SOLUÇÃO? AISI 316L • Aço cromo-níquel molibdênio; • Inoxidável; • Austenítico (8% de níquel e baixo teor de carbono); • Resistência à oxidação - 875ºC; • Resistência à corrosão intercristalina – 300ºC; 19 Figura 13: AISI 316L. Fonte: ABINOX, 2017. QUAL A POSSÍVEL SOLUÇÃO? AISI 316L • Fabricação de peças que exigem alta resistência à corrosão. • Válvulas, tubos, recipientes, equipamentos hospitalares e farmacêuticos, peças para a indústria química, petrolífera, têxtil, de laticínios, frigorífica, de tintas, entre outros. • Utilização em ambientes onde exista o ataque de substâncias corrosivas. • Ácidos sulfúricos, ácidos sulfurosos, banhos clorados, soluções alcalinas, soluções salinas, entre outros. 20 QUAL A POSSÍVEL SOLUÇÃO? AISI 304 X AISI 316L AISI 304 AISI 316 L Não possui molibdênio em sua composição Possui molibdênio em sua composição (2-3%) 0,080% de Carbono 0,035% de Carbono 21 Figura 14: AISI 304. Fonte: ABINOX, 2017. Figura 15: AISI 316L. Fonte: ABINOX, 2017. Tabela 5: Diferença entre os aços AISI 304 e AISI 316 L. Fonte: ABINOX, 2017. QUAL A POSSÍVEL SOLUÇÃO? SOLDAGEM • Procedimento correto na soldagem • Toda a graxa, óleo e lubrificantes devem ser removidos. • Para se obter soldas de melhor qualidade a carepa, a ferrugem e outras camadas de óxidos devem ser mecânica ou quimicamente removidas. 22 Figura 16: Cordão de solda. Fonte: ABINOX, 2017. Figura 17: Escória. Fonte: ABINOX, 2017. QUAL A POSSÍVEL SOLUÇÃO? SOLDAGEM • Polaridade direta (-) 23 Figura 18: Polaridade direta. Fonte: ABINOX, 2017. QUAL A POSSÍVEL SOLUÇÃO? TUBULAÇÕES TERMOPLÁSTICAS • PVC/CPVC da GF Piping Systems; • Suporta ambiente extremamente agressivo; • Facilidade de instalação combinada com o uso da tubulação externa transparente permite detecção visual de vazamentos; • O sistema foi instalado tanto dentro quanto fora da planta e transporta NaOCl com pressão de cerca de 50 psi; 24 Figura 19: Empresa de papel de Celulose. Fonte: ECOSAN, 2016. Figura 20: PVC/VPVC. Fonte: ECOSAN, 2016. Figura 21: PVC/VPVC. Fonte: ECOSAN, 2016. ACIDENTE AMBIENTAL • Em 2003 a Indústria Cataguases de Papel despejou cerca de 1,2 bilhão de litros de dejetos químicos no Rio Pomba, um dos maiores afluentes da porção media do Paraíba do Sul; • O reservatório continhaprincipalmente lixívia — uma solução à base de carbonato de sódio, usada no cozimento da madeira para extração da celulose, composta basicamente de hidróxido de sódio e material orgânico, além de chumbo, enxofre, hipoclorito de cálcio, sulfeto de sódio, antraquinona e outros metais utilizados na fabricação de papel. 25 ACIDENTE AMBIENTAL 26 Figura 22: Fotos da passagem da espuma de resíduos. Fonte: Alvin, S. D., 2003. COMPORTAMENTO EM CORROSÃO DE JUNTAS SOLDADAS DE AÇOS INOXIDÁVEIS EM MEIOS CONTENDO ÍONS CLORETOS 27 ARTIGO Autores: David Hebert Vieira Daniel Fraga Pinto José Antônio Nunes de Carvalho Paulo Sérgio de SairreBálsamo Leonardo Barbosa Godefroid Luiz Cláudio Cândido Recebido em: 20/02/2006 Aceito em: 14/12/2006 Proveniente de: CONGRESSO ANUAL DAABM, 60., 2005, Belo Horizonte. São Paulo: ABM, 2005. INTRODUÇÃO • Os aços inox tem recebido considerável atenção por motivos como elevada resistência à corrosão e razões econômicas; • O trabalho objetiva avaliar a elevada resistência à corrosão sob tensão, na soldagem de aços ferríticos e austeníticos; • A corrosão sob tensão ocorre quando o material suscetível é submetido a tensões trativas, aplicada ou residuais simultâneo a um meio específico. • O objetivo das pesquisas é desenvolver técnicas e consumíveis para soldagem de aços nestas condições. 28 MATERIAIS E MÉTODOS • Empresa Acesita S/A; • Soldagem MIG ; • AISI 409 e 439 – 3mm e Metais de enchimento AISI 308 e 309; • Os ensaios foram realizados em uma célula eletroquímica, com três eletrodos, em condições aeradas e temperatura ambiente; • Utilizou-se a solução aquosa de NaCl e MgCl2; • Para os ensaios de corrosão sob tensão, utilizou-se a técnica de carga constante com o corpo de prova (CP); 29 RESULTADOS E DISCUSSÃO • Microfratografia do CP de aço AISI 409 e AISI 308; • Tração; • Fratura Dúctil; • O CP rompeu na região do metal base evidenciando a boa qualidade da solda. 30 Figura 23: Corpos-de-prova de aço 409 soldado com metal de enchimento 308. Fonte: Vieira, et al., 2006. RESULTADOS E DISCUSSÃO 31 Figura 24: Corpos-de- prova de aço 439 soldado com metal de enchimento 308. Fonte: Vieira, et al., 2006. RESULTADOS E DISCUSSÃO • Aços inoxidáveis ferríticos soldados com aços inoxidáveis austeníticos. • Ensaio de carga constante, aproximando-se mais das condições reais. • Evolução de trinca por corrosão sob tensão. 32 Figura 25: Corpos-de-prova, a) aço 409 com aço 309; b) aço 409 com aço 308; c) aço 439 com aço 309; d) aço 439 com aço 308. Fonte: Vieira, et al., 2006. RESULTADOS E DISCUSSÃO • Corpos-de-prova do tipo tração-compacto, produzidos com aço inoxidável ferrítico, e soldados até praticamente a metade do corpo-de-prova com aço inoxidável austenítico. • Alguns corpos-de-prova não sofreram TCST em função do baixo nível de carregamento aplicado nos ensaios. • Trincamento ocorreu na região austenítica. 33 Figura 26:Corpos-de-prova tração-compacto. Fonte: Vieira, et al., 2006. CONCLUSÕES • O aço AISI 439 apresentou melhor comportamento em relação à corrosão quando comparado com o aço AISI 409, através do ensaios empregados; • Aços AISI 409 e 439 soldados com metais de adição de aços AISI 308 e 309 em meios com 42% MgCl2 (143°C) ensaiados, não apresentaram trincamento por corrosão sob tensão; • Os aços inoxidáveis ferríticos soldados com metal de enchimento de aços inoxidáveis austeníticos trincaram por corrosão sob tensão, em soluções aquosas com 42% MgCl2 em ebulição; • As trincas por corrosão sob tensão , nos ensaios de carga constante, propagaram-se nas regiões do aço austenítico e do aço ferrítico; 34 PERGUNTAS PARA OS ALUNOS 1) Quais os fatores que influenciam na variação da composição da “água branca” ao longo do processo? 2) Qual a principal diferença entre o AISI 304 e o AISI 316 L? 3) Como o processo de soldagem pode contribuir para corrosão? 35 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS • BRACELPA. Associação Brasileira de Celulose e Papel. Disponível em: <http://bracelpa.org.br/bra2/?q=node/170> . Acesso em: 23 mar. 2017. • DOLNY, L. M. Redução do efluente de água branca em uma máquina de papel. Programa de Pós- Graduação em Meio Ambiente Urbano e Industrial, 138f, Curitiba, 2011. • GENTIL, V. Corrosão. 6ª ed. Rio de janeiro: LTC, 2011. • http://arinox.com.br/blog/os-tipos-de-aco-inox Acesso em: 26 de março de 2017 • http://www.abinox.org.br Acesso em: 24 de março de 2017. • http://www.acervodgital.ufpr.br/bitstrem/handle/1884/27615/R%20-%20D%20- %DOLNY%2OLIDIO%20MIGUEL,.pdf?sequence=1 Acesso em: 20 de março de 2017 • http://www.favorit.com.br Acesso em: 24 de março de 2017. • http://www.gerdau.com/pt/produtos/aco-inoxidavel-gerdau-304#ad-image-0 Acesso em: 24 de março de 2017 36 http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.favorit.com.br/ http://www.favorit.com.br/ http://www.favorit.com.br/ http://www.favorit.com.br/ http://www.favorit.com.br/ http://www.favorit.com.br/ http://www.favorit.com.br/ http://www.favorit.com.br/ http://www.favorit.com.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS • http://www.indek.com.br/produto/acos-inoxidaveis/aco-aisi-304 Acesso em: 24 de março de 2017 • http://www.kloecknermetals.com.br/pdf/3.pdf Acesso em: 24 de março de 2017 • https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam- vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ Acesso em: 24 de março de 2017. • SOARES, F. T., RIBEIRO, J. Resistência à corrosão dos aços inoxidáveis em soluções contendo íons cloreto e piridina ou benzimidazol como inibidores de corrosão, 2014. • VAZ, E. L. S.; CODARO, E. N.;ACCIARI, H. A. Uma experiência de corrosão metálica em meio ácido, Ver. Virtual Quim., 2013. • VIEIRA,David Hebert et al.Comportamento em corrosão de juntas soldadas de aços inoxidáveis em meios contendo íons cloretos. CONGRESSO ANUAL DAABM, 60., 2005, Belo Horizonte. 5f, São Paulo: ABM, 2005 37 http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ http://www.abinox.org.br/ https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam-vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam-vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam-vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam-vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam-vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam-vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam-vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam-vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam-vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam-vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam-vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam-vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam-vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam-vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam-vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam-vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam-vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam-vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam-vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam-vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam-vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam-vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam-vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam-vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam-vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam-vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ https://www.tratamentodeagua.com.br/artigo/tubulacoes-termoplasticas-eliminam-vazamentos-em-planta-de-papel-e-celulose/ AGRADECEMOS PELA ATENÇÃO! PERGUNTAS? 38
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