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Desenvolvimento: Antonio Carlos Gomes

Controle de Atmosfera em fornos de tratamento termoquímico

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Segurança nos fornos de Atmosfera

Objetivo:Explanação sobre o tipo de atmosfera com a qual trabalhamos e os dispositivos de segurança.

Atmosfera:

Redutora endotérmica (Cementação)

Há ainda os casos de nitretação e nitrocarbonetação com atmosfera formada a partir de Nitrogênio + Amônea e N2 + NH3+CO2 respectivamente, que também será abordado.

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Atmosfera

Composição

Classificação: Atmosfera Endotérmica Rica - 302.

Gás (% Vol) Função:

CO = 20.7 Fonte de Carbono Nascente

N2 = 39.8 Dá volume e expulsa O2 (inerte)

H2 = 38.7 No geral indesejável ( explosão/descarbonetação)

CO2 = 0.40 Inerente ( se maior do que 0.40 não cementa)

CH4 = 0.80 Inerente ( em desenvolvimento se < 0.80 difusão )

H20 = 0.05 Inerente

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Riscos

Conhecimento Por motivos técnicos de processo a maioria dos gases utilizados na operação dos fornos contém componentes combustíveis e tóxicos com risco de:

• Explosão

• Incêndio

• Combustão

• Intoxicação e Asfixia

Devemos portanto saber e manter os dispositivos de segurança adequados e revisados, além de conhecimento de todos envolvidos para interação em caso de necessidade.

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Riscos

Acidentes em Potencial

Podem ocorrer acidentes quando:

• Houver falha técnica

• Comportamento incorreto do operador e/ou equipe de manutenção

Exemplo de falhas:

• Haver queda de energia

• Falha de aquecimento

• Falha nos controladores de temperatura

• Falha de alimentação de Nitrogênio

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Riscos

Acidentes em Potencial

• Falha nas chamas piloto e/ou ignitores elétricos

• Baixa pressão interna nos fornos (escape da atmosfera de maneira não controlada)

• Vedação deficiente das portas

• Temperatura do óleo elevada (falha em trocador de calor)

• Baixo nível de óleo no tanque de resfriamento

• Presença de água no óleo de tempera

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Como se Evita ?

Acidentes em Potencial

Evitamos e reagimos contra o risco através de técnicas adequadas e ações da operação e manutenção.

Técnicas básicas:

• Construção e tamanho do forno

• Dispositivos de segurança do equipamento

• Temperatura do forno

• Organização da operação e da manutençãoImportante: A segurança não depende exclusivamente da utilização dos dispositivos de segurança do equipamento, depende também de sua presença com conhecimento para interação se necessário.

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Como se Evita ?

Acidentes em Potencial

Como condição segura de operação do forno são portanto:

• Aplicação de técnica adequada de segurança

• Conhecimento básico da atmosfera e seus riscos

• Treinamento do pessoal de operação e manutenção

• Orientação regular sobre os riscos vinculados e medidas de segurança (ao menos uma vez por ano)

• Indicações tais como pressão do forno e temperatura sempre claras e seguras, de maneira a identificar qualquer problema em tempo e solucioná-lo

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Riscos e Consequências

Acidentes em Potencial

RISCO =============== Explosões Combustão Gás Combustão Óleo Intoxicação/AsfixiaQueda de energiaFalha de aquecimentoFalha pirômetroFalta de NitrogênioFalha de chama/ignitor pilotoBaixa pressão internaVedação deficienteProblema no trocador de calordo óleo e/ou baixo nível de óleoÁgua no óleo

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Construção e Tamanho do Forno

Técnicas

Para cada tipo de processo e escala de produção é desenvolvido um tipo de equipamento.

Via de regra esta etapa já está suprimida e nos dedicaremos ao dispositivos dos quais dispomos e que são comuns aos equipamentos

Ressaltamos também que os fabricantes de fornos já tem como norma o fornecimento dos dispositivos de segurança e via de regra com intertravamentos. A concepção é normalmente a mesma.

Na América Latina há ainda que ser desenvolvido uma norma regulamentadora neste sentido.

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Cortina de Chama

Técnicas

A finalidade deste dispositivo é a de evitar que oxigênio presente no ambiente vá para dentro do forno.

Em sua atuação ocorre também a “queima” da atmosfera interna do forno evitando contaminação.

Evitando: Explosões -- Combustão do Gás -- Intoxicação/Asfixia

Composição básica:

• Chama piloto

• Tubo de queima

• Sensor de presença de chama

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Chama Piloto

Cortina de Chama

Chama Piloto

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Tubo de Queima

Cortina de Chama

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Sensor de Presença de Chama

Cortina de Chama

Sensor

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Conjunto em Funcionamento

Cortina de Chama

Sensor

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Descrição de Funcionamento

Cortina de Chama

Como pudemos verificar a ativação da cortina de chama e a checagem desta atuação, estão intertravados ao acionamento de abertura das portas do(s) forno(s).

Quando a porta recebe o comando de abertura, há o início de chama no queimador piloto, enquanto o sensor (do lado oposto) não “sentir” a chama, a porta (intertravada) não é aberta.

Em caso de falha do sensor, não há emissão de sinal e a porta permanece fechada.

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Pirômetro de Segurança

Técnicas Para a admissão de gases dentro do forno, dispomos de um controlador de temperatura (pirômetro) com ajuste mínimo à 750°C.

Abaixo de 750°C, o Nitrogenio entra no forno automaticamente (veremos no item inserção de gás inerte)

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Descrição de Funcionamento

Pirômetro de Segurança

POR QUÊ 750°C ???

A atmosfera por nós utilizada torna-se não explosiva acima desta temperatura.

Na linha de admissão de gases há válvula solenóide (NF) que está interligada ao pirômetro, ou seja, somente há a admissão de gás se a temperatura for igual ou superior a 750°C.

Em temperaturas inferiores a válvula permanece fechada.

Obs.: Há processos levados a temperaturas mais baixas, mas com Atmosferas diferentes ( Nitrocarbonetação e Nitretação no caso de nossa empresa) que serão abordados oportunamente.

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Pressão interna do Forno

Técnicas

A pressão interna do forno ( de 20 a 50 mmca), advém do processo e também é mantida como mais um auxiliar na segurança.

Por quê??

Com a pressão levemente superior à atmosférica, evitamos que haja a entrada de Oxigênio para dentro do forno e/ou tanque de óleo.

Evitando: Explosões -- Combustão do Gás e/ou do Óleo.

O controle em nosso caso é feito pela restrição à saída da atmosfera para o ambiente e sua regulagem por pessoa habilitada.

A indicação é feita pelo indicador de pressão.

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Exemplos

Pressão Interna do Forno

Exaustão controlada

(queima sempre incorporada)Indicador de Pressão

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Admissão de Gás Inerte ( Nitrogênio )

Técnicas

O Nitrogênio sendo uma gás inerte é utilizado em termos de segurança basicamente :

• Quando há queda de energia.

Além de termos a admissão de gases fechada, a válvula solenóide (NF) de N2, abre automaticamente permitindo a entrada de N2 expulsando a atmosfera presente no forno.

• Quando a temperatura cai abaixo de 750 graus Celsius, ocorre o mesmo processo.

Obs.: No caso de falha do pirômetro de segurança idem acima.

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Admissão de Gás Inerte ( Nitrogênio )

Técnicas

• Também compensa a queda de pressão, quando do primeiro instante da têmpera

Quando a carga submerge no óleo, em seu estágio inicial há a “contração” da atmosfera no recinto de tempera e logo após expansão.

O nitrogênio portanto evita a entrada de oxigênio, que tende a ser “puxado” quando desta contração.

Isto é facilmente notado em fornos tipo câmara.

A seguir exemplo de quadro de rotâmetros e detalhe do de N2.

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Exemplo

Admissão de Nitrogênio Quadro de Rotâmetros Detalhe rotâmetro de N2

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DiversosCuidados Apresentamos a seguir itens diversos que podem gerar risco e que

fazem parte do acompanhamento normal do forno.

• Vedação deficiente :

Podem ocorrer combustão da atmosfera e/ou óleo de resfriamento, pois o oxigênio pode estar presente quando do primeiro momento da tempera, conforme visto anteriormente.

• Trocador de calor não atuante:

Pode ocorrer a elevação da temperatura do óleo, acima do máximo permitido, iniciando a combustão.

AÇÃO CONTÍNUA: MANUTENÇÃO ADEQUADA.

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DiversosCuidados • Baixo nível de óleo:

Neste caso pode ocorrer o não “cobrimento” total da carga, gerando super aquecimento na parte de cima da mesma, podendo gerar a combustão no óleo.

• Água no óleo:

Da mesma maneira que o caso anterior pois a água não mistura no óleo, gerando o risco da combustão. Por exemplo, você já tentou fritar algo em sua casa numa frigideira com óleo que não estava seca?

AÇÃO CONTÍNUA: OPERAÇÃO ADEQUADA.

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Nitretação/NitrocarbonetaçãoAtmosfera - Riscos

“PERA AI” , E os processos abaixo de 750°C.

Os processos levados abaixo da temperatura de segurança não tem a mesma composição e portanto podem ser levados a temperaturas inferiores.

Nitretação: Amônea + Nitrogênio

Nitrocarbonetação: Amônea + Nitrogênio + CO2

A seguir exemplo de rotâmetros destes processos

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Nitretação/NitrocarbonetaçãoAtmosfera - Riscos

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FinalizaçãoSegurança em Fornos -Atmosfera

Tivemos oportunidade de ver alguns aspectos básicos do tema.

ATENÇÃO

Em qualquer atividade do gênero, JAMAIS, NUNCA, NEM PENSE, em modificar sistemas de segurança e/ou intertravamento.

Mesmo com os mais recentes desenvolvimentos e automações, o forno não deve ficar sem supervisão nos itens de segurança.