Óleos Térmicos

• Autores:

  -Catarina Crespo - 2020227045

  -Gabriel Fileno - 2020218843

• Data: 2024-02-29

Óleos Térmicos

Podemos considerar um óleo térmico, todo e qualquer fluido que num determinado sistema cumpra o papel de condutor de energia térmica desde a fonte produtora (caldeira ou aquecedor, por exemplo) até aos pontos de consumo. Os óleos térmicos podem ser baseados em diferentes compostos, tais como hidrocarbonetos, glicóis, silicones e fluídos minerais.[1] Os óleos térmicos são tecnicamente compostos por propriedades de aquecimento especificas e podem ser minerais ou sintéticos, dependendo da sua aplicação e principalmente da temperatura de operação desejada. [1]

Óleos Térmicos Sintéticos

Obtidos 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.

Óleos Térmicos Minerais

Obtidos pela refinação do petróleo, onde são misturados diferentes tipos de substâncias e aditivos. É utilizado na maioria das indústrias, a sua maior vantagem é o preço. Estes têm maiores benefícios na sua eficiência como lubrificantes.

Ambos servempara transferirenergia térmica emaplicações ou processosonde são necessárias elevadas temperaturas. De uma forma geral, consegue-se atingir altas temperaturas (aproximadamente 400 ºC) quando se utiliza óleo térmico de origem sintética e esta medida não compromete a estabilidade térmica do fluido.[1]

Os óleos térmicos atualmente usados como fluidos de transferência de calor apresentam algumas limitações, entre as quais, a sua degradação a temperaturas muito elevadas (maiores que 400ºC) e os riscos ambientais associados à sua utilização.[2]

Caldeiras a Óleo Térmico

As caldeiras a óleo térmico são responsáveis pela produção e transferência de calor de um processo industrial, apresentando eficiência, segurança, pouca mão de obra, custos mínimos e ainda a realização de operações automáticas. [3]

Figura 1. Caldeira de óleo térmico.[3]

As caldeiras a óleo térmico são responsáveis pela produção e transferência de calor através do processo de radiação e convecção.[3]

Tabela 1. Processo de radiação versus processos de convecção.[3]

Uma caldeira de óleo térmico é composta por várias partes. Elas são:[3]

• Sistema de alimentação: alimenta o combustível na caldeira;

• Câmara de combustão: ocorre a queima do combustível;

• Aquecedor de óleo: aumenta a temperatura do óleo e transporta-o;

• Pré-aquecedor de ar e sistema de alimentação: dá uma quantidade excessiva de ar (mais propriamente oxigénio) para a combustão, garantindo a produção reduzida de cinzas e mantem a temperatura da câmara ideal;

• Sistema de tratamento de exaustão: trata os gases perigosos de exaustão emitidos pelo processo de queima;

• O método de coleta de cinzas: usa se um tanque de água para arrefecer as cinzas ainda quentes;

• Bomba de óleo circulante: movimentar o óleo do aquecedor para as linhas da fábrica e puxá-lo de volta para o aquecedor para continuar a aquecer;

• Sistema de tanque de óleo simples e tanque de óleo de expansão: armazena o óleo quando a caldeira necessita de reparo ou tratamento de limpeza.

Um sistema de fluído térmico, também conhecido como sistema de óleo térmico, funciona em ciclo fechado. No caso do óleo, este recebe energia térmica, por exemplo num aquecedor ou numa caldeira, obtendo assim uma temperatura elevada. De seguida o óleo é então bombeado para os pontos consumidoresde energiae aí ocorre a trocatérmica, ou seja, aquece o processo em questão e as máquinas, e consequentemente a temperatura do óleo diminui. Por fim, após essa troca térmica o óleo retorna ao aquecedor e o ciclo retorna a funcionar da mesma maneira.[1]

Em suma, o objetivo de um sistema com óleo térmico é proporcionar a geração e condução adequada de calor dentro das condições especificadas no projeto de acordo com a necessidade do processo. [3]

Figura 2. Esquema representativo do circuito em ciclo fechado de um óleo térmico numa caldeira.

Escolha de um óleo térmico para uma caldeira

Primeiramente, devemos ter em conta as características do óleo térmico para depois decidir que fluido usar, sendo que existem várias propriedades que tornam o óleo térmico adequado para caldeiras de óleo térmico. [3]

Características do óleo térmico: [3]

- Baixa viscosidade: Óleos menos viscosos são mais leves e finos. Esta característica significa que estes aquecem mais facilmente, apresentando assim resultados mais eficientes.

- Aquecimento rápido: O óleo tem de ter a capacidade de aquecer rapidamente, para economizar o tempo e aumentar a taxa de produção.

- Facilidade de transferência de calor: O óleo deve apresentar uma alta taxa de transferência de calor para transferir o calor para as linhas de fábrica facilmente.

- Baixa potência de vapor: Baixo poder de vapor significa menos expansão e aumento do óleo. Isso salvará o sistema de explosões.

- Baixa reatividade química: O óleo térmico deve apresentar baixa taxa de reatividade química para que não haja qualquer reação química dentro da caldeira de óleo térmico.

- Menos explosivo: Os óleos térmicos devem ser menos explosivos para evitar incêndios no interior da caldeira.

- Eficiência de custos: Todas as empresas desejam ter lucro, portanto o petróleo deve ser económico.

- Arrefecimento rápido: O óleo térmico deve libertar facilmente calor e arrefecer rapidamente para evitar excesso de temperatura dentro da caldeira, o que é perigoso.

Razões pelas quais o óleo térmico é melhor que o vapor para aquecimento industrial Os óleos térmicos trabalham em altas temperaturas proporcionando a máxima troca de calor, estes são os mais confiáveis para decidir a temperatura da caldeira, mantendo as temperaturas uniformes e produzem uma ótima troca de calor. Para além disso, os óleos térmicos apresentam menor pressão do que o vapor, o que significa que é menos provável que explodam.[3]

Dentro da área da energia solar, os óleos térmicos limitam a temperatura de entrada de vapor a 390ºC, limitando assim a eficiência das turbinas de vapor. Nesta área, estão a ser estudadas alternativas viáveis, como sais fundidos, gases pressurizados e sistemas de água/vapor, sendo que cada um apresenta as suas próprias vantagens e desvantagens.[2] Há uma crescente preocupação com a sustentabilidade, levando ao desenvolvimento de óleos térmicos mais ecológicos e sustentáveis.

Mercado de óleos térmicos

O mercado de óleos térmicos está inserido no mercado maior de fluidos de transferência de calor. Este segundo, gerou aproximadamente 11,06 mil milhões de dólares em 2023, com os óleos térmicos a representarem uma fatia de cerca de um terço deste valor.[4]

Figura 3. Mercado de fluidos de transferência de calor.[4]

Este tipo de fluidos são usados por uma diversidade imensa de indústrias, com a indústria de gás e óleo a gerar 22,2% da receita. Outras indústrias com uma fatia significativa são a indústria química, alimentar, plásticos, farmacêutica, entre outras.[4]

Figura 4. Mercado global de fluidos de transferência de calor, áreas de aplicação.[4]

O mercado de fluidos de transferência de calor e, consequentemente, o de óleos térmicos, está presente nos quatro cantos do mundo, no entanto, 47,9% da receita gerada provém diretamente do Pacífico, Asiático, região que inclui o oriente e sul asiático e a Oceânia. Sendo assim, as especificidades deste mercado irão ter um papel fundamental na utilização e estudo de óleo térmicos.[4]

Figura 5. Mercado de fluidos de transferência de calor, região de maior receita gerada.[4]

As empresas chave deste setor incluem a Huntsman Corporation, Dynalene, Phillips 66, Cheveron, GJ Chemical, Valvoline etc.[4] Estas empresas chave estão a implementar uma série de estratégias de investimentos onde está incluído o investimento da Valvoline, em setembro de 2023, numa fábrica europeia destes fluidos como forma de expandir o seu portefólio de clientes e de produtos.[4]

Referências

[1] – Fluido térmico. Consulta online a 16 de fevereiro de 2024 em: https://www.isen.com.br/o-que-e-fluido-termico/

[2] - Eduardo Zarza Moya, Chapter 7 - Parabolic-trough concentrating solar power systems, (2021) Consulta online a 22 de fevereiro de 2024 em: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819970-1.00009-8.

[3] – Oléo térmico e caldeiras de óleo térmico. Consulta online a 17 de fevereiro de 2024 em: https://www.yxboiler-factory.com/pt/the-thermal-oil-boilers/

[4] – Mercado de fluidos de transferência de calor. Consulta online a 23 de fevereiro de 2024 em: Heat Transfer Fluids Market Size And Share Report, 2030 (grandviewresearch.com)