Incrustação

Desde o primeiro momento de funcionamento de um trocador de calor, inicia-se a formação da incrustação. Devido às variações de temperatura e principalmente das propriedades físico-químicas dos fluidos de trabalho, tem-se sempre uma taxa de formação para cada condição de operação.

Dentre os principais mecanismos de formação da incrustação, Bott (1995) relacionou:

• Deposição de partículas: Neste mecanismo, tem-se uma grande influência da geometria, pois a deposição se dá pela atuação da força da gravidade. Entretanto, não é verificada de forma acentuada quando a velocidade do escoamento é alta.

• Cristalização: Este mecanismo está diretamente ligado à temperatura de trabalho. Através do aumento ou diminuição da temperatura pode-se atingir insolubilidade, e assim ocorrer uma cristalização de sais. No refino do petróleo, tem-se a passagem da carga (mistura de vários tipos de petróleo) pelos trocadores antes da torre de destilação. O pré-aquecimento do cru (carga) acontece em duas etapas: uma antes e outra após as dessalgadoras. O objetivo das dessalgadoras é retirar boa parte dos sais presentes no petróleo. Estes sais podem ter sua insolubilidade originada pelo aumento ou diminuição da temperatura, o que complica o controle da cristalização.

• Solidificação da incrustação: Quando se tem a incrustação, geralmente no estado líquido se movimentando dentro do trocador, poderá ocorrer a solidificação desta incrustação na parede do trocador. Incrustação devido à corrosão: Este processo pode ser iniciado pela presença de impurezas ou mesmo pela reação natural dos compostos de oxigênio e hidrogênio. A deterioração e perda de material em um ponto da tubulação seguida pela deposição deste material em outro ponto representa a formação da incrustação devido à corrosão.

• Formação de incrustação por reação química: Este mecanismo não é uma exclusividade das refinarias. Indústrias químicas e de processamento de alimentos 21 também podem ter este tipo de problema. A deposição dos asfaltenos, oxidação dos óleos lubrificantes, formação de coque durante o craqueamento de hidrocarbonetos leves, formação de lama e deposição de produtos de carvão são as possíveis reações que conduzem à deposição. No caso da formação de lama, tem-se como resultado da, reação química um polímero geralmente insolúvel. Nos demais casos, têm-se como resultado a deposição do coque, ácidos orgânicos e mais freqüentemente grandes moléculas de produtos pesados.

• Crescimento biológico nas superfícies do trocador de calor: Este mecanismo de formação é usualmente identificado quando se trabalha com sistemas aquosos e temperaturas próximas à temperatura ambiente. A presença de material biológico na superfície dos trocadores de calor pode promover outros mecanismos de formação da incrustação. É comum encontrar oxidação junto ao crescimento biológico nas superfícies de trocadores

Trocador de Calor

Um trocador de calor é um equipamento onde ocorre uma troca térmica entre dois fluidos, normalmente separados por uma parede. Os trocadores de calor são classificados segundo as suas configurações de escoamento e tipo de construção.

Nos trocadores de calor de correntes paralelas os fluidos quentes e frio escoam no mesmo sentido. Nos trocadores contracorrente, os fluidos escoam em sentidos opostos. Em certos casos, os fluidos podem se mover em escoamento cruzado, no qual um fluido escoa perpendicularmente ao outro. Nestes trocadores, o escoamento pode ser não-misturado, no caso de este ocorrer entre as aletas, ou misturado para um escoamento em trocadores sem aletas.

Uma outra configuração usual é o trocador de calor casco-tubo. Formas específicas desse tipo de trocadores de calor diferem de acordo com o número de passes no casco e nos tubos. Sua forma mais simples envolve uma única passagem nos cascos e nos tubos. Geralmente, são instaladas chicanas no lado do casco para 24 aumentar o coeficiente de transferência de calor no fluido, induzindo a turbulência e uma componente da velocidade na direção perpendicular ao feixe de tubos.

Porque do tema para o trabalho ?

A deposição de impurezas, compostos metálicos e demais partículas pesadas do petróleo nas superfícies de um trocador de calor caracteriza a incrustação. O problema relacionando incrustação em trocadores de calor e perda de eficiência no processo vem sendo motivo de vários estudos. Segundo Bott (1995), um grande estudo, publicado em 1981, fornece valores de despesa adicional de energia devido à presença das incrustações. A estimativa é de que só nos Estados Unidos, em 1993, este gasto adicional ficou entre 2 e 3 milhões de dólares para uma refinaria com capacidade de 10 mil barris de petróleo por dia. Assim fica claro a importância de se combater este problema nas formas preventivas e corretivas. Quanto às despesas adicionais na manutenção de uma bateria de trocadores de calor incrustada, pode-se destacar: o investimento adicional em equipamentos, os custos adicionais de operação, a perda de produtividade e o custo de ações remediadoras. A presença da incrustação é sem dúvida uma das causas do aumento dos custos de manutenção. A prova disso é a necessidade de paradas para limpeza. No entanto, os maiores custos relacionados com à incrustação e cuidados com a operação estão na utilização de agentes anti-incrustação. Estes agentes e as substâncias utilizadas na limpeza dos trocadores devem ser tratados antes de retornar à natureza, acrescendo ainda mais o custo de operação.

Introdução ao tema trocador de calor

O trocador de calor é um equipamento com a finalidade de realizar o processo de troca térmica entre dois sistemas, fluído quente e fluído frio. Essa troca pode ser feita entre sistemas separados ou misturando os fluídos. Este processo é amplamente aplicado em diversos setores da engenharia, como, por exemplo, em aquecedores, refrigeração, condicionamento de ar, recuperação de calor, usinas de geração de energia, plantas químicas, plantas petroquímicas, refinaria de petróleo, processamento de gás natural e tratamento de águas residuais. Um problema freqüente com trocadores de calor é a incrustação, ou seja, a precipitação de impurezas na superfície dos tubos quando ocorre a passagem dos fluidos. Ela pode ser agravada pela falta de limpeza regular do trocador e/ou do seu uso freqüente. A incrustação prejudica o rendimento do trocador de calor ao diminuir o contato entre fluido e a parede do trocador.O presente trabalho tem como objetivo analisar qual água não pre-tatada tem melhor eficiência e qual mais apropriada visando a durabilidade do trocador.