Óleos térmicos

Realizado por: Rodrigo Pimenta e Rui Lopes, no âmbito da disciplina de Integração e Intensificação de Processos, pertencente ao Mestrado Integrado em Engenharia Química (Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, 2016/2017).

Um sistema industrial pode utilizar dois tipos de óleos térmicos, sintético e mineral, apresentando características e vantagens diferentes. O óleo térmico sintético é obtido através de uma modificação química que fornece ao fluido alta durabilidade, eficiência nas trocas térmicas e viscosidade precisa, alta resistência à corrosão e oxidação, diminuindo a frequência de manutenção, favorecendo as indústrias.

Figura 1 - Diagrama de um permutador de calor do tipo "Carcaça e Tubos"

O óleo térmico mineral é obtido pela refinação do petróleo, onde são misturados diferentes tipos de substâncias e aditivos. É utilizado na maioria das indústrias, sendo a sua maior vantagem o preço, sendo mais baixo do que os sintéticos. Estes óleos apresentam também maiores benefícios na sua eficiência como lubrificantes. Ambos servem para transferir energia térmica em aplicações ou processos onde são necessárias elevadas temperaturas. Mas de uma forma geral consegue -se atingir altas temperaturas (aproximadamente 400 º C) quando se utiliza óleo térmico de origem sintética e esta medida não compromete a estabilidade térmica do fluido.

A utilização de óleo térmico tem algumas vantagens tais como: Baixa pressão de vapor, não causa problemas de corrosão pois o fluido comporta-se como um lubrificante, prolongando assim o tempo útil do equipamento; dispensa a utilização de fogueiro; é um meio de grande versatilidade devido a atender às necessidades específicas de grande variedade em setores industriais; atinge temperaturas elevadas, até 400°C, com pressão atmosférica, simplificando assim o projeto da instalação; apresenta inércia térmica elevada que possibilita a retenção de calor durante mais tempo; permite a diminuição das emissões de CO2 e NOx; o custo de manutenção é baixo; a operação com este fluido térmico não necessita de operador certificado sendo por isso uma operação simples; a estabilidade térmica é assegurada; não é tóxico.

Em unidades fabris, a transferência de calor apresenta-se como um dos níveis essenciais. Os óleos são aplicados em casos onde a transferência de calor se dá de forma indireta (permutadores double-pipe, carcaça e tubos, etc.) diminuindo o risco de ‘hotspots’, o que leva a um aumento da segurança do processo.

Um dos fatores mais importantes é baixa volatilidade. Em operações à pressão atmosférica, um óleo é capaz de operar numa gama de temperaturas muito superior à da água, sem ocorrer mudança de fase. À pressão atmosférica a temperatura de ebulição da água é nos 100ºC enquanto um óleo pode chegar facilmente aos 250ºC.

No entanto, quando se aplica pressão sobre os fluidos, o seu ponto de ebulição aumenta e, consequentemente, a gama de temperaturas de operação possível nestes sistemas. É possível aumentar a gama de temperaturas da água até aos 254ºC quando a pressão aplicada é de 41 barg, denominando-se ‘high pressure steam’. Os óleos têm uma resposta semelhante, no entanto a gama de temperaturas aumenta consideravelmente devido à baixa volatilidade alcançando temperaturas de 430ºC a 25 bar.

Figura 2 - Gamas de temperaturas para a água e óleos térmicos

A viscosidade destes fluidos é variável dependendo do sistema de transferência de calor. No entanto são facilmente bombeáveis, requerendo baixa energia fornecida para movimentação.

A utilização de vapor de água apresenta o problema de formação de óxidos que significa problemas de corrosão em tubagens e equipamentos. Os óleos sintéticos, por sua vez, não formam óxidos, não impondo problemas de corrosão e mantendo o tempo de vida dos equipamentos intacto. Contudo, deve-se preocupar ao nível de contaminações, o que torna possível a formação de óxidos e a consequente corrosão do material.

Atendendo aos níveis de flamabilidade, os limites mínimo e máximo dependem do óleo sintético em questão, tal como o ponto de autoignição e explosão. Por exemplo, o óleo térmico DOWTHERM A tem um limite mínimo de 0,6% a 175ºC, limite máximo de 6,8% a 190ºC e um ponto de autoignição nos 599ºC.