Fluidos Térmicos

FLUIDOS TÉRMICOS

Introdução

Existem operações industriais que necessitam de aquecimento em temperaturas que podem ultrapassar 300ºC.

O uso do vapor d`água apresenta riscos devidos às altas pressões necessárias.

Ex. Vapor a 200ºC - A pressão é de 240 psi (16 kgf/cm²)

       Vapor a 320ºC – A pressão é de 1.800 psi (120 kgf/cm²)

Daí a necessidade de se operar em certas operações industriais com os “fluidos térmicos” ou “óleos térmicos”.

Fluidos Térmicos

Os fluidos térmicos, também chamados de “fluidos de transmissão de calor”, são fluidos orgânicos sintéticos, com várias designações.

Os fluidos industrialmente usados para transportar energia térmica e mecânica, são representados pela água quente, ar quente, água superaquecida, vapor saturado, vapor superaquecido e óleos térmicos. O aquecimento se dá por ação de uma energia exterior, radiação solar, combustão, eletricidade.

Critérios para escolha do fluido

É de grande relevância os critérios que presidem a escolha do fluido, critérios como: (Temperatura, pressão e potência exigida, estabilidade térmica, capacidade térmica, viscosidade, ação sobre meio ambiente (toxidade, irritação da pele, odor forte), risco de incêndio e explosão, boa compatibilidade com metais e ligas).

 

Requisitos exigidos para escolha de um fluido térmico

·         Boa estabilidade térmica

·         Não atacar o material onde circula

·         Ponto de congelação baixo

·         Baixa pressão de vapor

·         Viscosidade baixa

·         Alta capacidade térmica

·         Alta condutibilidade térmica

·         Barato e de fácil obtenção

·         Não ser tóxico

·         Não irritar a pele

·         Não ter o odor forte

A seguir exibiremos uma tabela que mostrará as vantagens e desvantagens dos fluidos mais comuns.

Água
Vantagens	Desvantagens
Não é tóxico e nem inflamável	Pressão de vapor elevada
Boa regulação temperatura	Causa mais problemas de corrosão que o óleo térmico
Boa estabilidade térmica	Necessita de deposito de expansão
Fácil reposição	Necessita de bomba de circulação
Elevado coeficiente de transferência de calor	Exige tratamento químico
Causam menos problemas a corrosão que o vapor	Exige problema de fogueiro e pressão p/temperaturas altas

Ar
Vantagens	Desvantagens
Não é tóxico e nem inflamável	Baixo coeficiente de transferência de calor
Boa regulação temperatura	Exige ventilador de circulação
Boa estabilidade térmica	Necessita de deposito de expansão
Fácil reposição
Baixo custo
Dispensam a presença de fogueiro

Vapor
Vantagens	Desvantagens
Não é tóxico e nem inflamável.	Mais corrosivo que a água
Boa regulação temperatura e pressão	Exige altas pressões e temperaturas
Boa estabilidade térmica.	Perdas térmicas elevadas
Fácil reposição.	Exige sistema de recuperação de condensados para diminuir perdas térmicas
Elevado coeficiente de transferência de calor.	Exige tratamento químico e exames periódicos na caldeira
Não requer bomba de circulação	Exige problema de fogueiro
Óleo Térmico
Vantagens	Desvantagens
Baixa pressão de vapor	Baixo coeficiente de transferência de calor
Não causa problemas de corrosão	É inflamável
Dispensa a presença de fogueiro	Viscosidade e densidade variam significativamente com a temperatura
	Exige bomba de circulação
	Exige depósito de expansão
	Coloca problema de flexibilidade de tubagem para ∆T alto e é caro

Diante das tabelas concluímos que estes fluidos apresentam vantagens e desvantagens, então deve ser feito um estudo que seja selecionado um fluido eficiente, flexível para variação de temperaturas, mas principalmente com baixo custo.

O sistema de aquecimento com fluido térmico consiste em fazê-lo passar no interior de uma serpentina de um aquecedor queimando óleo combustível ou diesel e, em circuito fechado, até o equipamento a aquecer (trocador de calor, reator, etc.), e de volta à serpentina.

A circulação contínua do fluido é obtida por uma bomba instalada no trecho da tubulação onde o fluido térmico se acha à temperatura mais baixa.

Os fluidos térmicos podem ser usados na forma líquida (até 300ºC) ou na forma de vapor (acima de 350ºC).

Emprego do sistema de fluido térmico

·         Aquecimento de evaporadores

·         Aquecimento de equipamentos em lavanderias e hospitais

·         Moldagem de produtos plásticos e de borracha

·         Aquecimento de autoclaves, agitadores, reatores, secadores em indústrias químicas e processamento de tintas, vernizes e resinas

·         Recipientes de aquecimento à vácuo

·         Tratamentos de fibras, fixação de corantes, secagem, impregnação de plásticos em indústrias têxteis

·         Aquecimento de asfalto, tanto em usinas de asfalto quanto em carros-tanque e tanques de estocagem

·         Aquecimento de fornos de secagem

·         Aquecimento de rolos de calandra e cilindros secadores nas indústrias de papel e papelão

·         Aquecimento de prensas, secadores e prensas para compensado de madeira

·         Processamento de produtos alimentícios, etc.

Velocidade de escoamento do fluido térmico

Para evitar erosão nas tubulações e para assegurar uma eficiente troca térmica, a velocidade de escoamento do fluido térmico deve ser de 2 a 3 m/s.

Principais tipos de fluidos orgânicos térmicos

·         Hidrocarbonetos sintéticos usados para temperatura até 400ºC

·         Éteres poliaromáticos usados para temperaturas até 400ºC

·         Ésteres orgânicos usados para temperaturas até 232ºC

·         Glicóis polialquilênicos usados para temperaturas até 260ºC

·         Ésteres de silicatos usados para temperaturas até 350ºC

O Dowtherm é um produto orgânico constituído bàsicamente de difenila –(C5H6)2- e mistura deste com o óxido de difenila (C5H6)O, encontrando-se diversos tipos de acordo com as proporções das misturas.

·         Dowtherm A: É uma mistura eutética formada por 26,5% de difenila e 73,5% de óxido de difenila e é empregado em temperaturas entre 260 e 385ºC.

·         Dowterm E: é composto por o-dicloro-benzeno (C6H4Cl 2) e é recomendado para temperaturas mais baixas que as possíveis com o Dowtherm A.

Vantagens de uma instalação de óleo térmico (fase líquida):

·         Alcança elevadas temperaturas com mínima elevação de pressão.

·         Não há problemas de corrosão na serpentina da caldeira, na tubulação e nos equipamentos.

·         O fluido térmico é de grande estabilidade e durabilidade, desde que o sistema seja projetado dentro das normas e o fluido tenha sido corretamente especificado para a temperatura desejada.

·         Consegue-se uma regulagem de temperatura fácil e precisa, graças à vazão do fluido bombeado e não pela mudança na temperatura de saída do fluido do aquecedor.

·         Não há necessidade de purgadores e não ocorrem perdas similares ao vapor vivo (flash-steam).

·         Desaparece o problema de tratamento de água, existente nas instalações de caldeiras de vapor.

Vaporizadores para fluidos térmicos

Usa-se o fluido térmico vaporizado quando a temperatura for muito elevada (350ºC).

A instalação é idêntica à de uma instalação de vapor d`água.

Vantagens do sistema de fluido térmico vaporizado

·         Controle uniforme da temperatura

·         Reduzida despesa de manutenção mecânica

·         Menor volume de óleo requerido (comparação com a fase líquida)

Desvantagens do sistema de fluido térmico vaporizado

·         Vazamentos difíceis de evitar

·         Devem ter um sistema de ventilação

·         Maior consumo de energia

Existem fluidos térmicos que podem operar tanto na fase líquida quanto na fase vapor.

Ex. Thermical VP1, da Monsanto. Êle opera na fase líquida até 254ºC e na fase vapor de 254 a 400ºC.

Bibliografia

·         ATA - Combustão Técnica S.A.

·         SILVA, F.D. - Workshop de Aquecimento de Fluido Térmico, controle e segurança pelo uso de válvulas.