O que fazer quando o ponto de fulgor do fluido térmico está caindo?

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28 JUL 2020 Baroni

O que fazer quando o ponto de fulgor do fluido térmico está caindo?

ponto de fulgor
Ponto de Fulgor

É altamente recomen dado realizar análises periódicas do Fluido Térmico Orgânico como uma ação preventiva na avaliação da degradação do fluido térmico. Com o resultado da análise, sendo esta quantitativa e qualitativa é permitido a tomada de ações de forma a antecipar as consequências severas da degradação do fluido que coloquem em risco o sistema.

Os maiores riscos envolvendo sistemas de Fluido Térmico Orgânico são incêndios e explosões.

A propriedade do Fluido Térmico Orgânico analisado em laboratório que é um dos parâmetros para qualificar o risco do sistema a incêndio e explosão é o ponto de fulgor.

Ponto de fulgor

O ponto de fulgor, também conhecido como flash point, é a menor temperatura do fluido na qual há a liberação de vapores suficientes para que em contato com o oxigênio do ar atmosférico forme-se uma mistura que exposta a uma fonte de ignição se inflame sem a sustentação do fogo, ou seja, em uma visão superficial o ponto de fulgor mede a volatilidade, a tendência à evaporação do fluido, quanto mais baixo for o ponto de fulgor, maior é a formação de vapores e maior será o risco de incêndio e explosão no sistema.

O ponto de combustão (fire point) e a Temperatura de Autoignição (AIT) são propriedades do fluido relacionadas com o ponto de fulgor. O ponto de combustão de um fluido é a temperatura em que a combustão de vapores resulta numa queima continuada, ou seja, há a manutenção de chama.

Já a Temperatura de Autoignição é a temperatura mínima na qual o fluido se auto inflama na presença de oxigênio.

Diferenças

Temos que ponto de fulgor é menor que o ponto de combustão, e estes dois são menores que ponto de autoignição, podemos exemplificar com os respectivos valores: 200°C, 240°C e 350°C para um Fluido Térmico Orgânico mineral novo. A queda no ponto de fulgor leva também a queda no ponto de combustão e no ponto de autoignição. Para ocorrência de incêndio em um sistema de fluido térmico é necessária a formação do tetraedro do fogo composto pelo calor, combustível, oxigênio e a reação em cadeia.

O calor já é inerente do processo de aquecimento, o combustível é o Fluido Térmico Orgânico, o oxigênio está presente no ar atmosférico e para que o fogo continue deve ocorrer a reação em cadeia (sequência de reações provocadas, que acontecem durante o fogo). Assim, uma forma de evitar um incêndio é evitar o contato do fluido quente (formação com temperaturas acima de 130°C) com o ar atmosférico, ou seja, evitar vazamentos e retiradas de fluido térmico do sistema quente (definição de modos de operação da planta como rotina de parada /descomissionamento, desligamento emergencial entre outras).

Questões relevantes:

Tendo o conhecimento dos riscos e possíveis causas ficam ainda algumas perguntas. A queda no ponto de fulgor está diretamente relacionada com a degradação do fluido térmico. Os três principais fatores de degradação de um fluido térmico são:

  1. estresse térmico
  2. oxidação
  3. contaminação

A causa preponderante para a degradação do fluido térmico com formação de leves é o estresse térmico. O processo de degradação por estresse térmico é um fenômeno ligado ao grau de agitação da estrutura molecular do fluido térmico devido à alta temperatura.

Quanto maior a temperatura maior a agitação da molécula, e essa intensidade da agitação faz com que haja uma quebra da molécula em estruturas menores – processo conhecido como craqueamento.

Craqueamento

Essas moléculas menores são mais voláteis, “frações leves”, diminuindo o ponto de fulgor e também a viscosidade do fluido térmico, muitas vezes causando cavitação em bombas em função do aumento da pressão de vapor. É um fenômeno natural que acontece a uma baixa taxa quando o fluido trabalha dentro da faixa de temperatura de trabalho recomendada pelo fabricante.

Quando o fluido é exposto a um aquecimento excessivo, acima da temperatura máxima recomendada pelo fabricante, esse processo é acelerado diminuindo drasticamente a vida útil do fluido térmico. Com a queda no ponto de fulgor e na viscosidade podemos concluir que o fluido térmico está sofrendo ação do estresse térmico.

O ponto crítico do sistema que leva o fluido ao estresse térmico é o aquecedor. Caso o sistema seja aquecido por chama direta recomenda-se observar se os controles de temperatura estão satisfatórios, se a chama não está tocando diretamente alguma parte da serpentina, se a vazão de circulação está correta, constante e se esta é mantida em caso de queda de energia. Caso o sistema seja aquecido por resistências elétricas é recomendado verificar se a taxa de aquecimento em W/m² está dentro dos parâmetros aceitáveis recomendados pelo fabricante do fluido térmico.

Outros fatores também podem contribuir para o estresse térmico e são identificados com o estudo específico de cada sistema.

Podemos recuperar o ponto de fulgor do fluido térmico?

Uma vez identificada e sanada a causa da degradação, podemos recuperar o ponto de fulgor do fluido térmico? Conforme explicado acima, no processo de degradação por estresse térmico há a formação de moléculas voláteis, os leves, que na pressão e temperatura submetidas dentro da tubulação são diluídos no fluido térmico. A maneira de remover esses leves é evaporá-los. Para que isso aconteça necessitamos colocar o fluido aquecido em exposição à pressão atmosférica de forma que esses leves evaporem e sejam eliminados.

O ponto do sistema de fluido térmico onde é possível realizar esse processo é o tanque de expansão. Forçando o fluido aquecido a passar pelo tanque de expansão e estando este aberto para a atmosfera é possível remover boa parte dos leves e aumentar o ponto de fulgor do fluido térmico. Em ocasiões onde o ponto de fulgor do fluido está muito baixo e a ventilação do tanque de expansão não é adequada é necessária a utilização de nitrogênio para dispersar a nuvem de gases formada na liberação dos leves.

Cuidados

De acordo com as normas internacionais a temperatura do ponto de fulgor vaso fechado deve estar acima de 100°C, e vaso aberto 130°C. Sistemas que operam com fluidos térmicos com ponto de fulgor abaixo dos valores acima mencionados são considerados sistemas de alto risco e devem ser monitorados quanto a vazamentos para que sejam mantidos em condição segura.

A OCP Engenharia, parceira ALS, possui conhecimento para a realização desse procedimento de recuperação do ponto de fulgor, qualquer dúvida entre em contato pelo e-mail ocp@ocpengenharia. com.br ou pelo site.

Responsável técnico: Maurino Gomes Costa, M.sc.Colaboração:
Prof. Eng. Tarcísio D’Aquino Baroni – Diretor ALS

Referências:
DIN 4754 – Heat Transfer Systems Operation with Organic Media.
DIN 51522 – Heat Transfer Fluids – Requirements and testing.