REDIMENSIONAMENTO DE TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBOS PARA FLEXIBILIZAÇÃO DE FORNO CONTÍNUO

1 INTRODUÇÃO

Tratamentos termoquímicos são processos que tem por objetivo a adição, por

difusão, de elementos químicos como carbono, nitrogênio, boro, entre outros na superfície

do aço e nas seções onde se quer endurecer.

A cementação gasosa é um dos processos industriais mais importantes dentro dos

tratamentos termoquímicos, cujo objetivo é aumentar a dureza e a resistência ao desgaste

superficial dos materiais, ao mesmo tempo em que o núcleo continua com a mesma

microestrutura anterior ao tratamento, assim mantendo-se dúctil e tenaz.

Para a realização de tratamentos termoquímicos os fornos contínuos são amplamente

utilizados em empresas que realizam processos de cementação gasosa devido ao seu

elevado grau de automatização e sua grande versatilidade, pois em um único equipamento

podem-se realizar todas as operações do tratamento, obtendo em um curto período de

tempo o produto final.

O forno é composto basicamente por um local onde as cargas de peças são

colocadas e retiradas (C), máquina de lavar e secar peças (S), vestíbulos (V), forno de

tratamento onde ocorre todo o processo de cementação (F), tanque de óleo de têmpera (T),

máquina de lavar peças tratadas (M) e por último o revenimento das peças após a têmpera

(R), como demonstrado na Figura 1.1.

Fonte: (Manual de treinamento EATON)

Figura 1.1 – Forno Contínuo para Cementação Gasosa

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A têmpera direta é a penúltima etapa do ciclo e é assim chamada devido às peças

saírem do forno de cementação (F) com uma temperatura aproximada de 835 ºC e serem

rapidamente submersas em um tanque de óleo que dever estar em torno de 80 ºC com uma

tolerância de ± 6 ºC, ver Figura 1.2. Para que se obtenha êxito nesta etapa é indispensável

que haja no processo um eficiente sistema de resfriamento do óleo, pois temperaturas

diferentes do especificado podem causar variações de propriedades físicas (dureza) e

dimensionais, causando deformações nas peças cementadas.

Fonte: (Manual de treinamento EATON)

Figura 1.2 – Gráfico da Têmpera Direta e Revenimento

Sendo assim, os trocadores de calor assumem importante função nesse processo,

garantindo o resfriamento do óleo que esta sendo aquecido gradativamente a cada carga de

peças submersa no tanque. O intervalo de tempo entre uma carga e outra pode variar de

acordo com o tipo de ciclo, portanto, quanto menor for o tempo do ciclo para uma

determinada peça, maior será a exigência térmica do trocador de calor.

No caso em estudo, um forno contínuo de tratamento termoquímico para

cementação gasosa na empresa EATON divisão transmissões instalada na cidade de

Valinhos-SP, é utilizado apenas para tratar peças que possuem um ciclo alto (em torno de

16 minutos). De forma a atender esse processo existe no sistema de refrigeração do óleo

um trocador de calor casco e tubo capaz de suprir uma carga térmica (fluxo de calor) de até

23 kW. Com o aumento da demanda de peças que devem ser tratadas em um ciclo baixo

(cerca de 9 minutos) há uma sobrecarga nos demais fornos e maior ociosidade no uso

desse forno, pois para tratar peças em um ciclo baixo há a necessidade de um trocador

capaz de suprir 33,66 kW de carga térmica.

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1.1 Objetivos

Neste presente trabalho dimensionaremos um novo trocador de calor para resfriar o

óleo de têmpera existente no tanque de óleo. Este equipamento projetado deverá possuir

uma eficiência térmica suficiente para atender ambos os ciclos e que não demande grandes

alterações em seu local de aplicação.

1.2 Justificativa

Após a realização deste projeto de dimensionamento de um novo trocador de calor,

teremos um forno contínuo para tratamento termoquímico mais versátil, trabalhando com

maior eficiência e podendo tratar peças sem restrições de ciclo, consequentemente,

ocasionando uma melhor distribuição da produção nos fornos existentes e reduzindo custos.

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2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Neste capítulo será abordada uma revisão de tratamento térmico e suas etapas,

assim como transferência de calor e trocadores de calor, uma vez que estes assuntos são

muito importantes para o contexto do trabalho em estudo.

2.1 Tratamento Térmico

Nas últimas décadas, devido ao grande desenvolvimento tecnológico, a indústria

automotiva tem exigido a fabricação de peças com rigorosos requisitos e propriedades

metalúrgicas para que tais componentes sejam aptos a suportar as mais diferentes

condições de trabalho a qual estarão sujeitos.

As peças, cuja superfície necessite uma