Aço inoxidável: aplicação em usinas de açúcar e álcool
Por Revista do Aço
Publicado em terça, 04 de abril de 2017 Notícias
A tradicional produção de açúcar associada à crescente demanda de etanol fez da indústria sucroalcooleira um dos principais segmentos da economia brasileira. Uma realidade que despertou o interesse de grandes grupos levando a ocorrência de fusões e a uma mudança do modelo de gestão deste segmento, com uma intensificação da busca por maior produtividade e melhor qualidade de produto.
A reforma ou troca de equipamentos consome uma parte significativa da rentabilidade das indústrias de açúcar e álcool. Historicamente, grande parte dos equipamentos das usinas sucroalcooleiras é constituída de aço carbono, correntemente utilizado pelo menor custo por tonelada. Entretanto, devido à agressividade do ambiente de trabalho, um intenso trabalho de manutenção é demandado. As manutenções ocorrem principalmente durante a entressafra, quando diversas partes dos equipamentos são trocadas devido ao fim de vida útil do material empregado. As operações durante a entressafra ocorrem praticamente simultâneas em todas as usinas, o que gera escassez de mão-de-obra especializada.
A degradação dos equipamentos ocorre principalmente pela ação, combinada ou não, do desgaste e corrosão. O desgaste é inerente do atrito de um material abrasivo sobre a superfície do equipamento. Nas usinas de açúcar os principais meios abrasivos são areia, gomo da cana, palha e até mesmo as partículas metálicas desprendidas pelo desgaste do equipamento. O recebimento da cana representa a região de maior desgaste nas usinas. A figura 1 mostra chapas de aço carbono (imagem 1-A) e aço inoxidável 410D (imagem 1-B) após aplicação no recebimento da cana, mais precisamente na lateral do “esteirão de cana”. Nesta aplicação, o desgaste acumulado de cinco safras causou ao 410D uma redução de espessura de apenas 0,5 mm, estando ainda apto para outras safras. A chapa de aço carbono atingiu espessura mínima de trabalho após três safras, precisando ser reposta.
Outro mecanismo associado à degradação dos equipamentos, a corrosão é caracterizada pela perda de material frente ao meio envolvido. Durante o processamento e tratamento da cana existem diversos meios corrosivos que vão do mais fraco, como a água da chuva no recebimento da cana, até os mais severos como nos casos dos evaporadores, condução de vinhaça e colunas de destilação. Um exemplo de ambiente altamente corrosivo é a área de evaporação do caldo. Nas usinas, a evaporação é empregada para eliminar a água contida no caldo clarificado, seja ela originada da própria cana-de-açúcar ou adicionada no processo. As usinas possuem vários estágios de evaporação, sendo o último efeito o mais corrosivo (figura 2). Neste estágio, o arraste de caldo pelo vapor vegetal do efeito anterior causa deposição externa ao feixe tubular, gerando um ambiente propenso ao desenvolvimento de bactérias que aceleram o processo de degradação do material. A imagem 2-A mostra as paredes de um evaporador em aço carbono (com processo corrosivo) e a região do espelho em aço inoxidável AISI 444 (intacto) após uma safra. Tubulações produzidas em AISI 444 empregadas no evaporador podem ser observadas na imagem 2-B.
O aço inoxidável (inox) apresenta uma forma diferenciada de proteção contra a corrosão. Durante a fabricação deste material, ainda na fase líquida, são adicionados elementos que não fazem parte da composição do aço comum, como: cromo, níquel, molibdênio, titânio e nióbio. Cada um destes elementos proporciona características diferenciadas ao inox, sendo o cromo o principal agente na proteção anticorrosiva. De uma forma geral, a corrosão é uma reação química entre os elementos oxigênio (presente no ambiente) e o ferro (encontrado na composição do aço). A união do ferro com o oxigênio forma o óxido de ferro, popularmente conhecido como ferrugem. O cromo presente na composição dos aços inoxidáveis atua como um elemento de sacrifício, entrando em contato com o oxigênio formando o óxido de cromo, o que cria uma camada de proteção para o aço. Invisível a olho nu, esta camada impede que o elemento ferro seja removido do aço, evitando a formação da corrosão. Ao contrário dos revestimentos, esta camada possui a capacidade de regeneração, não necessitando de manutenções uma vez que o cromo está presente na própria composição do aço inoxidável.
A escolha do tipo de material a ser aplicado deve ser pautada em diversos fatores, sempre levando em consideração o ambiente de trabalho. Mesmo dentro de uma única classe de materiais existem diversas especificações, como no caso dos aços inoxidáveis que são divididos em ferríticos, austeníticos, martensíticos e duplex. Assim, um material com excelente aplicabilidade em um determinado setor pode não ter bons resultados em outro. Na última década, um intenso trabalho de pesquisa foi realizado junto às usinas de açúcar visando uma detalhada especificação dos aços a serem empregados em cada área, a Tabela I (veja na página 48) apresenta um resumo destas definições.
O custo da matéria-prima, outro fator de extrema importância nos projetos, deve ser visto de uma forma geral. Nas usinas de açúcar é preponderante considerar a quantidade de safras que o material suporta. Assim, um custo inicial mais elevado pode ser completamente revertido no futuro. Um exemplo do custo-benefício do emprego de um aço com melhor qualidade é o manejo da vinhaça (resíduo da destilação fracionada do caldo da cana fermentado para a obtenção do etanol). A vinhaça da Usina Coruripe (Alagoas) é conduzida a cerca de 90º C, sendo ainda a tubulação exposta a uma das mais corrosivas atmosferas do solo brasileiro. Nesta usina, o aço carbono necessitava de manutenção a cada safra, sendo sucateado após o terceiro ano. A solução encontrada foi a substituição pelo aço inoxidável AISI 444, que está em operação a nove safras sem nenhum tipo de manutenção (a imagem 3-A mostra esta tubulação). Portanto, levando em conta apenas o tempo de vida, o custo inicial pode ser diluído em pelo menos três vezes nesta aplicação. Outro fator a ser colocado é a espessura das tubulações, como o aço inoxidável possui maior resistência mecânica e à corrosão, menores espessuras são demandadas, reduzindo ainda mais os custos.
A imagem 3-B exibe um recente desenvolvimento em aço inoxidável 410D, o projeto do sistema de lavagem de gases incluindo torre de lavagem, dutos, carcaça do exaustor e chaminé. As condições de trabalho colocam este equipamento em contato direto com água, cinzas, pressão elevada, gases oxidantes e altas temperaturas. A fabricação deste equipamento em aço carbono o deixa altamente susceptível à corrosão generalizada, fazendo com que ocorra uma perda acelerada da espessura das chapas aplicadas. O emprego do 410D pode dobrar a vida útil do sistema, com um baixo índice de manutenção.
Além do decréscimo nos custos e decaimento dos riscos aos trabalhadores, a redução das paradas para manutenção representa mais tempo de produção para as usinas. Este fator ganhou ainda mais importância nos últimos anos dada a uma crescente demanda por produção de energia através do bagaço até mesmo durante a entressafra. Durante o processamento da cana de açúcar, aproximadamente 225 kg de bagaço de cana são gerados para cada 1.000 kg de cana inserida no processo. As indústrias brasileiras processaram cerca de 560 milhões de toneladas de cana na safra 2011/2012, gerando 126 milhões de toneladas de bagaço. Este co-produto possui conteúdo energético de 17 MJ/kg, podendo ser queimado em caldeiras para produzir energia e vapor, tornando as usinas auto-sustentáveis e com possibilidade de venda do excedente energético.
(*) Joner Oliveira Alves é pesquisador da Aperam South America e professor Adjunto do Centro Universitário do Leste de Minas Gerais (joner.alves@aperam.com)
Notícia Retirada do site: Revista do Aço Inox
