Nos últimos anos houve, no Brasil, um significativo investimento em usinas de álcool para suprir a demanda. Todavia, surgiram problemas de natureza econômica e ambiental, já que a tecnologia atualmente utilizada nas destilarias de álcool produz em média 13 litros de vinhaça para cada litro de álcool. Na busca de uma solução para reduzir o volume deste resíduo, desenvolveu-se um equipamento para concentração de vinhaça, denominado Ecovin, pela empresa Citrotec localizada em Araraquara-SP. Para cada Ecovin são utilizados cerca de 4000 tubos com costura nos trocadores de calor, e para reduzir seu custo de fabricação, avaliou-se como opção o uso de tubos da liga AISI 444. Inserido neste contexto, o presente trabalho procurou caracterizar os mecanismos de corrosão e mostrar de forma comparativa o desempenho dos tubos nas juntas tubo-espelho. Estudo-se, portanto, dois tipos de junta, a do projeto atual, composta por chapa e tubo da liga AISI 316L; e a nova proposta, composta por chapa da liga AISI 316L e tubo da liga AISI 444. Para tanto, iniciou-se com a avaliação da soldabilidade das ligas estudadas, através da caracterização microestrutural, qualificação do procedimento de soldagem da junta tubo-espelho e de ensaios de sensitização nas soldas. Em seguida, ensaios de perda de massa por imersão foram realizados nas soluções de 0,5 M \'H IND.2\'SO IND.4\' e 0,5 M \'H\'CL\', nas temperaturas de 30°C, 50°C, 70°C e 90°C, de acordo com o intervalo de temperatura de operação do Ecovin. Nas mesmas soluções, e na temperatura ambiente, foram realizados ensaios eletroquímicos de polarização potenciodinâmica em amostras que reproduziram o ciclo térmico de soldagem das juntas tubo-espelho estudadas, nas regiões do metal de base, zona afetada pelo calor (ZAC) e no metal de solda. Na junta tubo-espelho a corrosão ocorreu preferencialmente na ZAC formada entre a interface tubo-metal de solda, e no cordão de solda à margem do tubo, com a atuação de mecanismos de corrosão generalizada e localizada. Na junta tubo-espelho dissimilar observou-se que o processo corrosivo foi predominante na superfície do tubo AISI 444, típico do mecanismo de corrosão galvânica, onde o tubo AISI 444 caracterizou-se como a região anódica. O desempenho da liga AISI 316L, assim como a junta soldada composta somente por essa liga, apresentou um melhor desempenho em corrosão, porém, na solução contendo cloreto, a variação da temperatura exerceu uma influência proporcional para ambos os casos avaliados nesse estudo. Destaca-se ainda que a liga AISI 316L sofreu corrosão por pite na ZAC e no metal de solda, em ambas as soluções, com maior severidade do que a liga AISI 444. Os resultados obtidos indicam que para a aplicação requerida, o tubo AISI 444 pode ser utilizado na temperatura de 50°C com satisfatório desempenho e similar à junta composta somente por AISI 316L. / Recently in Brazil there has been constant investments in ethanol plants, to supply the internal and external market, resulting at a high increase of the volume of this product. However, economical and environmental problems arose because of this new demand, whereas the current technologies produce thirteen liters of vinasse for each liter of alcohol. Each ECOVIN uses nearly 4000 welded tubes in the heat exchangers, and there is an option to use welded AISI 444 alloy tubes in order to reduce the manufacture costs of the ECOVIN. In this context, this work determines the corrosion mechanisms and analyzes the performance of welded tubes and the tube-to-tubesheet welded joints. The following types of tube-to-tubesheet were evaluated: current welded joints of this project, with all components manufactured with AISI 316L alloy; and the welded joint suggested for the project, using the welded tubes of AISI 444 alloy and the plate of AISI 316L alloy. For this purpose, the first step was to evaluate the weldability of the studied alloys, through microstructural characterization, welding procedure qualification and the intergranular corrosion test. After that, mass loss tests were conducted in 0,5 M \'H IND.2\'SO IND.4\' and 0,5 M \'H\'CL\' solutions, at 30°C, 50°C, 70°C and 90°C, according to the temperature range of the equipment operating. Electrochemical polarization tests were made in the same solution concentration used in the mass loss tests, but only in room temperature. These tests were made in samples that were welded with the same thermal cycle of the tube-to-tubesheet welded joints, and the evaluations were made on the base metal, heat affected zones and weld metal. The uniform and localized corrosion process occurred preferentially in the interface formed between tube and weld metal, and on weld metal near the tubes. In the tube-to-tubesheet dissimilar welded joints, it was observed that the corrosion process was predominant on the surface of AISI 444 alloy, probably because of the galvanic corrosion process, where the AISI 444 was an anodic region. The best performance on corrosion process was observed in AISI 316L, both the base metal and the similar welded joints. However, for the tests in chloride environment, in this process, the temperature caused a proportional influence in the corrosion rate of AISI 316L and AISI 444. In the AISI 316L alloy it was observed nucleation of pitting in HAZ and in weld metal, in both solutions, and more aggressive than observed in the AISI 444 alloy. The results showed that the AISI 444 alloy can be applied for the initial ranging temperatures of the equipments operation, with satisfactory performance.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-18012012-135534 |
| Date | 21 November 2011 |
| Creators | Luis Henrique Guilherme |
| Contributors | Marcelo Falcão de Oliveira, Sebastião Elias Kuri, Haroldo Cavalcanti Pinto |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Ciência e Engenharia de Materiais, USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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