Fluido Térmico e Óleo de Silicone

A utilização adequada de Fluido Térmico e Óleo de Silicone é bastante polêmica e com muitas dúvidas para os usuários de banhos termostáticos, banhos de aquecimento e banhos maria, assim como outros equipamentos de controle de temperatura que utilizam fluido (conheça mais neste outro post).

Diariamente recebemos contatos de clientes com problemas em seu processo ou aplicação, relacionados ao uso inadequado de fluido térmico em seu sistema de controle de temperatura. Esperamos conseguir responder a todas estas dúvidas após a leitura deste material !

Muitos chamam o fluido térmico de óleo de silicone, mas nem sempre eles são o mesmo produto, e por isso falaremos neste post sobre os tipos de fluido térmico.

Chamaremos neste artigo apenas de Fluido Térmico para os diversos tipos existentes.

Um óleo de silicone pode sim ser um fluido térmico, mas nem todo fluido térmico é um óleo de silicone !

Portanto, nosso objetivo é buscar esclarecer as principais dúvidas sobre os fluidos térmicos e assim dividiremos este artigo em alguns tópicos, tais como:

1. O que é e para que serve um fluido térmico
2. Tipos de fluidos térmicos e suas composições básicas
3. Características de um fluido térmico
4. Exemplos de fluidos térmicos Thermal
5. Como escolher o fluido térmico ideal para seu equipamento
6. Principais dúvidas e problemas encontrados pelos clientes

 

1. – O que é e para que serve um fluido térmico

O fluido térmico é um líquido que será responsável por transferir a energia térmica até uma amostra ou aplicação. Ele será termostatizado, ou seja, terá sua temperatura alterada (aquecido ou resfriado), para a temperatura desejada pelo cliente.

Portanto, este fluido é capaz de receber ou perder calor, conforme necessidade, transferindo ou removendo de uma amostra ou aplicação.

Um fluido térmico atende a diversas aplicações de transferência de calor, tais como:

• Banho termostático
• Banho de aquecimento
• Termostato dinâmico Presto ou Forte
• Banho Maria
• Maria com agitação
• Banho de calibração

É claro que nem todas as aplicações acima podem utilizar qualquer fluido, portanto é preciso avaliar o fluido mais indicado para cada uma.

     2. Tipos de fluidos térmicos e suas composições básicas

Existem diversas opções de fluido térmico no mercado, mas nem sempre elas são adequadas à aplicação dos clientes.

Podemos dividir os fluidos térmicos em basicamente 4 tipos:

• Água
• Mistura de Água e Glicol
• Óleo de Silicone
• Etanol

Vamos falar um pouco, de forma simples, sobre a composição e características básicas de cada um deles.

Água

Sabemos que existem vários “tipos” de água, basicamente em função da sua origem e processo de purificação ao qual foi submetida.

Em laboratórios, é muito comum a presença de “águas” com menor nível de impurezas, tais como água deionizada, destilada e até ultra pura tipo I e tipo II (utilizada na preparação de amostras por exemplo).

Entretanto, o uso destas “águas” não é recomendado, pois elas são consideradas águas “corrosivas”, ávidas por íons, podendo provocar danos aos equipamentos.

Posso utilizar água da torneira, ou seja, da concessionária de abastecimento?

Não recomendamos, pois esta água possui ferro, cloro e sais, sendo assim também prejudiciais ao seu equipamento.

Recomendamos a utilização de água abrandada, ou seja, com baixo teor de sais, também conhecida por “água mole” ou “descalcificada”.

A chamada “agua dura”, extraída de poços artesianos por exemplo, possui muitos sais, basicamente de Cálcio e Magnésio, que são bastante prejudiciais ao equipamento.

Entretanto, muitos laboratórios vivem um dilema pois nem todos possuem água abrandada disponível.

Portanto, deixamos aqui uma dica sobre como proceder: Utilize a água destilada ou deionizada e coloque um pouco de água da torneira.

Não iremos deixar uma fórmula exata para esta “mistura” de águas, pois não sabemos as composições destas águas, mas uma referência aproximada é utilizar 2% de água da torneira para 98% de água destilada ou deionizada.

Como sabemos que a água é um excelente meio de cultura para proliferação de algas e bactérias, sempre recomendamos a utilização do sanitizante Aqua Stabil, prevenindo assim a formação destes microrganismos. Bastam 2 ml de Aqua Stabil para cada litro de água. Conheça mais sobre este produto em post específico.

A água é utilizada quando trabalhamos em temperaturas de 10 a 99ºC.

Mistura de Água e Glicol

As misturas de água e Glicol são bastante utilizadas em laboratórios. Dentre os glicóis existentes no mercado, recomendamos o monoetilemoglicol (ou apenas etilenoglicol), devido às suas excelentes propriedades térmicas e baixa viscosidade.

Esta mistura é utilizada para trabalhos abaixo da temperatura ambiente, onde a água “pura” não pode ser utilizada, pois congelaria.

Dependendo da proporção de etilenoglicol na mistura, podemos atingir temperaturas bem baixas, em torno de -30ºC com uma mistura de 50% de água + 50% etilenoglicol, sem congelamento.

Podemos trabalhar em temperaturas mais baixas do que esta? Por mais que a temperatura de congelamento desta mistura seja menor do que -30ºC, depende, por que abaixo de -30ºC esta mistura aumentará exponencialmente sua viscosidade e seu equipamento pode não ter uma bomba capaz de circular o fluido térmico, atrapalhando assim a troca térmica com sua aplicação e a homogeneidade dentro da cuba.

Um dos equipamentos onde esta mistura é bastante utilizada é o Chiller, além de alguns banhos termostáticos mais simples, principalmente se não forem certificados para trabalhos com fluidos térmicos inflamáveis, como o Vivo RT4 da Julabo. Conheça mais no item 8 do post sobre banhos termostáticos.

Ainda sobre esta mistura, deixamos aqui uma recomendação: A concentração de etilenoglicol deve ser monitorada. Altas concentrações, podem tornar a mistura inflamável. Baixas concentrações, podem permitir que a mistura congele a temperaturas mais altas, como por exemplo a -10ºC.

Óleo de Silicone

Definitivamente o óleo de silicone é o fluido térmico mais utilizado em banhos de uma forma geral.

Isso se deve a algumas características especiais, e muito importantes, dos óleos de silicone, como por exemplo:

• maior range de trabalho, ou seja, a diferença entre a temperatura mínima e máxima permitida é muito grande, podendo chegar a 300ºC.
• Quimicamente inerte, não atacando os materiais de fabricação dos equipamentos
• Baixa volatilidade, necessitando menor reposição e menor consumo
• Alta durabilidade devido ao baixo “craqueamento” e baixa oxidação
• Presença de aditivos especiais, aumentando sua vida útil

Mas qualquer óleo de silicone serve? Não, eles precisam ser de uma categoria especial, desenvolvidos especificamente para aplicações de troca térmica.

Portanto, reforçamos aqui que a procedência de um óleo de silicone é muito importante para garantir estas qualidades.

Os fluidos térmicos da Julabo da linha Thermal são testados e desenvolvidos com esta finalidade.

Muitos, mas muitos clientes possuem problemas de performance e chegam a provocar danos aos seus equipamentos, por não utilizarem fluidos térmicos adequados, de procedência duvidosa, ou desenvolvido para outras aplicações. No tópico 6 adiante apresentaremos alguns destes problemas.

Para o uso de óleo de silicone, recomendamos cuidado quando for uma aplicação externa, ou seja, quando o fluido precisar ser bombeado para outra aplicação. Deve-se observar o tipo de mangueira que será utilizado e sua compatibilidade com o fluido escolhido.

Etanol

O etanol é bastante utilizado quando temperaturas muito baixas precisam ser atingidas, visto que seu ponto de congelamento é em torno de -70ºC.

Mas muita atenção com a utilização de etanol.

Primeiro, existem diversos “tipos” de etanol, onde o % de água é diferente de um para outro. Quanto mais água tiver o etanol, maior será seu ponto de congelamento. O Etanol utilizado como combustível, comprado no posto de gasolina, tem em torno de 5% de água. O etanol comprado em mercado, pode conter até 30% de água. Portanto recomendamos etanol para análise (PA).

O segundo ponto de atenção é a segurança. Devemos observar que o etanol é inflamável a temperatura ambiente e é importante avaliar se o seu equipamento de termostatização, como um banho termostático, é certificado para utilização deste fluido.

    3. Características de um fluido térmico

Os fluidos térmicos possuem várias características físico-químicas que iremos abordar neste tópico. Entretanto, sabemos que algumas delas são mais importantes e portanto daremos mais ênfase nestas, que estarão sublinhadas.

Também não iremos nos prender a explicações muito técnicas das mesmas, pois o objetivo é que os usuários de fluidos térmicos entendam de forma didática e simples as mesmas.

Podemos citar como características dos fluidos térmicos:

• Qual é o range de trabalho:

É a faixa de temperatura, ou seja, a diferença entre a temperatura mínima e a máxima recomendada para o trabalho. Este range é definido considerando questões de segurança e vida útil de um fluido. Unidade de trabalho: ºC

• Ponto de Fulgor ou ponto de ignição (Flash Point):

É a menor temperatura onde um produto desprende vapores suficientes para serem inflamados por uma fonte externa de ignição, mas não em quantidade suficiente para manter a combustão com a retirada da fonte de ignição. É uma variável muito importante para questões de segurança na utilização do fluido térmico. Unidade de trabalho: ºC

• Ponto de combustão (Fire Point):

Similar ao ponto de fulgor, entretanto é a temperatura na qual o produto consegue manter a queima por pelo menos 5 segundos após remoção da fonte de ignição. Por ser uma informação pouco divulgada e muito particular, por abrangência, consideramos de forma genérica que o ponto de combustão é aproximadamente 10ºC acima do ponto de fulgor. Unidade de trabalho: ºC

• Viscosidade:

Outra variável muito importante, indica a resistência do fluido térmico ao escoamento. Maior viscosidade significa menor circulação ou capacidade de bombeamento e portanto menor troca térmica. Sempre buscamos fluidos térmicos de menor viscosidade. Unidade de trabalho: mm2/s ou Cts

• Densidade:

É a relação entre massa e volume do fluido térmico Unidade de trabalho: g/cm3

• Ponto de fluidez (Pour Point):

É a menor temperatura na qual uma amostra perde sua capacidade de fluidez e congela. Unidade de trabalho: ºC

• Cor:

A nossa classificação de cor será simples, sendo um líquido incolor, amarelo claro ou marrom claro. Mas esta classificação é importante principalmente quando utilizamos banhos de aquecimento com cuba transparente. Ela também pode indicar degradação do fluido

• Temperatura de ebulição (Boiling Point):

É a temperatura onde ocorre a mudança de estado líquido para gasoso. Unidade de trabalho: ºC

• Coeficiente de expansão térmica (coeficiente de dilatação):

É alteração do volume do fluido térmico em função da alteração da temperatura. Portanto, quanto maior for temperatura de trabalho, maior será o volume ocupado pelo fluido térmico Unidade de trabalho: g/ml x K

    4. Exemplos de fluidos térmicos Thermal

 A Julabo, empresa representada pela Biovera no Brasil, desenvolveu a linha Thermal de fluidos térmicos, baseados em óleos de silicone especiais e misturas de glicóis.

Estes fluidos térmicos foram cuidadosamente desenvolvidos, para que tenham uma excelente performance de troca térmica e longa vida útil, garantindo é claro uma operação segura e confiável para nossos clientes no mundo inteiro.

Aditivos foram adicionados aos principais componentes da fórmula para garantir uma vida útil superior, mantendo ao máximo a performance para a qual foram projetados.

Eles são desenvolvidos para que não tragam danos aos equipamentos e aplicações, sendo assim quimicamente compatíveis com os equipamentos de controle de temperatura.

Reforçamos também que os mesmos podem ser utilizados em equipamentos concorrentes, desde que alguns cuidados sejam tomados, conforme veremos no tópico 5 adiante.

Os fluidos desenvolvidos podem ser resumidos nas tabelas abaixo:

Abaixo, preparamos um resumo dos principais fluidos da linha Thermal da Julabo encontrados nas tabelas acima, mas gostaríamos de reforçar alguns conceitos por questões de segurança dos usuários, dos equipamentos que utilizam estes sistemas.

Em outro post, falamos da diferença entre banhos termostáticos, que são sistemas abertos, e Termostatos dinâmicos, que são sistemas fechados.

Em sistemas abertos, o fluido térmico entra em contato com o ar ambiente. Logo, precisam obrigatoriamente trabalhar em temperaturas ABAIXO do ponto de fulgor e de inflamação do fluido.

Já em sistemas fechados, onde o fluído térmico não tem contato com o ar ambiente, temos total segurança para trabalharmos com temperaturas ACIMA do ponto de fulgor e de inflamação, sem que coloquemos em risco a segurança de todos.

Em hipótese alguma utilize um fluido desenvolvido para um sistema fechado em um sistema aberto !

Ao clicar no nome da cada tipo de fluido térmico, você terá acesso à Ficha de Informação de Segurança para Produtos Químicos (FISQP), também chamada de Material Safety Data Sheets (MSDS)

     A) Para sistemas abertos (Banhos termostáticos, banhos de aquecimento)

• Thermal G
  • Faixa de trabalho: -30 a +80ºC
  • Base: Mistura de água e glicol
  • Cor: Amarelo claro
• Thermal HS
  • Faixa de trabalho: +50 a +250ºC
  • Base: Óleo de Silicone
  • Cor: Marrom Claro
• Thermal HY
  • Faixa de trabalho: -80 a +55ºC
  • Base: Óleo de Silicone
  • Cor: Transparente
• Thermal H5
  • Faixa de trabalho: -50 a +105ºC
  • Base: Óleo de Silicone
  • Cor: Transparente

• Thermal H10
  • Faixa de trabalho: -40 a +180ºC
  • Base: Óleo de Silicone
  • Cor: Transparente

Observação: dependendo do seu Controlador Termostático de Imersão, a temperatura mínima de trabalho estará limitada a -20ºC devido ao aumento de viscosidade em temperaturas menores do que esta, que podem impedir seu correto bombeamento.

Este é definitivamente o fluido térmico mais utilizado, pois atende a grande parte das aplicações.

• Thermal H20S
  • Faixa de trabalho: 0 a +220ºC
  • Base: Óleo de Silicone
  • Cor: Marrom claro

     B) Para sistemas fechados, como os termostatos dinâmicos Presto e Forte

 

• Thermal HL30
  • Faixa de trabalho: -30 a +90ºC
  • Base: Mistura de água e glicol
  • Cor: Amarelo Claro
• Thermal HL60
  • Faixa de trabalho: -60 a +250ºC
  • Base: Óleo de Silicone
  • Cor: Transparente
• Thermal HL90
  • Faixa de trabalho: -90 a +200ºC
  • Base: Óleo de Silicone
  • Cor: Transparente
• Thermal H250S
  • Faixa de trabalho: +20 a +250ºC
  • Base: Óleo de Silicone
  • Cor: Marrom claro
• Thermal H350
  • Faixa de trabalho: +20 a +250ºC
  • Base: Hidrocarbonetos Especiais
  • Cor: Transparente

    5- Como escolher o fluido térmico ideal para seu equipamento

A correta escolha do fluido térmico é um fator de sucesso para a excelente performance do sistema de controle de temperatura, da segurança e do menor custo de operação , através da melhoria da sua vida útil.

As principais perguntas que precisamos responder são:

• O sistema de controle de temperatura é aberto ou fechado?
• Qual a temperatura mínima e máxima de trabalho?
• Qual é a viscosidade do fluido térmico na faixa de trabalho? Seu equipamento terá capacidade de bombear o mesmo nestas temperaturas?
• Qual o tipo de mangueira que utilizaremos, caso tenhamos uma aplicação externa? As mangueiras possuem especificações adequadas ao fluido térmico e sua temperatura de trabalho?
• A cor atrapalha inspeção visual da amostra?
• Qual o volume necessário para todo o sistema?

Acreditamos que com as explicações anteriores, aliado ao conhecimento do cliente sobre sua aplicação, seja suficiente para a escolha adequada do fluido térmico para seu sistema.

Como uma dica adicional, recomendamos evitar trabalhar nos limites de temperatura de um fluido, garantindo assim uma melhor vida útil para o mesmo.

Caso ainda exista dúvida sobre qual é o fluido adequado para sua aplicação, consulte nosso especialista da linha Julabo.

Observação: A Julabo comercializa os fluidos térmicos da linha Thermal em galões de 5 ou 10 Litros !

    6- Principais dúvidas e problemas encontrados pelos clientes

Aqui iremos listar algumas das perguntas que recebemos com frequência e também suas respostas, objetivando ser um guia para solução de problemas.

    A) Por que meu equipamento não consegue bombear o fluido térmico?

A grande maioria das vezes encontramos clientes utilizando fluidos térmicos, principalmente óleo de silicone, que não foram desenvolvidos para aplicações de troca térmica. Isso ocorre normalmente devido a uma elevada viscosidade do fluido na temperatura de trabalho, o que impede o correto bombeamento. Via de regra, os Controladores Termostáticos possuem capacidade de bombear fluidos de até 30 ou 50 Cts, dependendo do modelo.

    B) Durante o meu trabalho, o fusível de proteção do motor da bomba desarma

Esta ocorrência pode até indicar um problema no controlador termostático de imersão, mas também pode estar ligada a viscosidade do fluido térmico. Alta viscosidade sobrecarrega o motor da bomba, faz com que sua corrente de trabalho seja superior a do fusível de proteção, que desarma ou rompe.

    C) Meu fluido mudou de cor desde que comecei a utiliza-lo

Os fluidos, conforme uso, tendem a mudar de cor.

A água pode ficar esverdeada devido a formação de algas e proliferação de bactérias, e os óleos de silicone tendem a escurecer.

O óleo de silicone pode formar uma espécie de borra com o uso, que pode ser removida por decantação e filtração, aumentando a vida útil.

    D) Quanto tempo dura um fluido térmico?

Esta é uma das perguntas mais difíceis de responder, visto que muitas variáveis influenciam nesta durabilidade, que pode ser de dias, semanas ou meses. Temos clientes com aplicações que permitem trabalho por mais de um ano com o mesmo fluido.

Portanto vamos listar abaixo as variáveis que influenciam nesta vida útil, mas infelizmente não existe uma fórmula de cálculo para chegarmos a um número.

Sempre falamos para nossos clientes que a vida útil será definida por eles, conforme o uso do fluido.

As variáveis de influência são:

1. Temperatura de trabalho x temperatura de desenvolvimento
2. Sistema aberto x sistema fechado
3. Características do ambiente (umidade, presença de particulados)
4. Riscos de contaminação (derramamento de amostras, vazamentos)

A Temperatura de trabalho é um dos principais pontos. Trabalhar em temperaturas próximas aos limites para os quais o fluido foi desenvolvido diminui sua vida útil. Na hora de escolher seu fluido, busque um onde você possa trabalhar longe destes limites, mas sabemos que nem sempre isso é possível tecnicamente.

Fluidos que trabalham em um sistema fechado tendem a ter maior vida útil devido a menores contaminações, como absorção da umidade ambiente e perda de voláteis.

Lembramos aqui que o fluido térmico é um consumível, que assim como o pneu de um carro, se desgasta com o uso.

    E) Sinto um cheiro forte no laboratório. É normal?

O fluido, a medida que se degrada, passa a emitir odores cada vez mais fortes. Quando recebemos este tipo de observação de um cliente, normalmente são casos onde os fluidos térmicos estão em uso a muito tempo.

    F) Por que não consigo atingir a temperatura desejada ou definida pelo fabricante do fluido térmico?

Isso acontece quando o fluido se degrada e atinge uma determinada condição que impede seu uso para o qual foram desenvolvidos. As vezes ocorrem separação de fases, mudanças significativas de viscosidade e contaminações, que fazem com que o fluido não tenha capacidade de realizar a troca térmica.

Entre em contato com nossos especialistas para conhecer mais da nossa linha de equipamentos ou para tirar dúvidas.