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).

Em unidades fabris, os óleos térmicos são utilizados em processos de transferência de calor, onde a utilização de água se torna inviável ou impraticável. Os óleos podem ser aplicados tanto para retirar calor (refrigeração) ou fornecer calor (aquecimento) de unidades.

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

São normalmente produzidos da parafina. São altamente refinados e altamente estáveis, de forma a garantirem um bom coeficiente de transferência de calor.

Em reações químicas existe libertação ou consumo de energia. Essa energia é, normalmente libertada ou consumida sob a forma de calor. Por essa razão é necessário fornecer ou retirar energia do sistema de forma a manter o equilíbrio termodinâmico e não alterar o rendimento do sistema.

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.

A aplicação de óleos em sistemas de transferência de calor torna-se favorável devido à estabilidade química destes e, também, devido às condições de operação.

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.