A escolha do material de aço inoxidável para indústria de alimentos e bebidas

A maioria dos desafios enfrentados pelo uso do aço inoxidável em laticínios e outras indústrias de processamento de alimentos estão relacionados aos trocadores de calor e às águas superficiais naturais, como a água de poço. Tal como as cervejarias, a maioria das indústrias relacionadas com alimentos utiliza frequentemente meios quentes que são aquecidos por vapor ou arrefecidos por água, o que está associado à pasteurização e esterilização e, portanto, frequentemente encontram problemas como fissuras por corrosão sob tensão. Em geral, o processamento de alimentos não corrói o aço inoxidável padrão, como AISI304 ou 316. Contudo, a ampla gama de métodos de processamento nesta indústria leva a muitas falhas de corrosão diferentes. Como:

• Erosão/corrosão em trocadores de calor de leite em aço inoxidável.
• Corrosão uniforme causada por ácido láctico e outros ácidos orgânicos em alta temperatura.
• Corrosão microbiana causada por águas superficiais ou de poço.
• Fissuras por corrosão sob tensão, principalmente “fissuras de cloreto”.
• Fadiga por corrosão causada por vibração.

 

Para trocadores de calor tipo placas na indústria de laticínios, soro de leite, leite e água de processo são processados através de trocadores de calor a placas fabricados em aço inoxidável 1.4401, conforme tabela abaixo.

Produtos	Temperatura de entrada, ℃	Temperatura de saída, ℃	Pressão
soro de leite	30	10	Médio
Leite	7	30	Alto
Água processada	57	14	Baixo

 

Para evitar vazamento de alimentos contaminados, a pressão da água do processo é mantida o mais baixa possível. O vazamento ocorre quando as placas finas colidem umas com as outras no ponto de pressão, o que é causado por rachaduras por fadiga na seção transversal fina após o ponto de pressão ser corroído e corroído. O estudo microscópico metalográfico da seção mostra que não ocorreu nenhuma trinca por corrosão sob tensão. Como a baixa pressão está no lado da água do processo, juntamente com flutuações de pressão e vibrações no fluxo de fluido, a erosão/corrosão ocorre neste lado. A forma de evitar a colisão física das placas é alterar a pressão e a flutuação da pressão ou aumentar o espaçamento entre as placas.

 

Corrosão microbiana causada por água de poço

A indústria alimentícia geralmente utiliza água de poço. O teor de ferro na água do poço é bastante alto, o que pode ativar bactérias relacionadas ao ferro e causar corrosão severa. Um dos métodos de tratamento de água comumente usados é remover o ferro da água do poço para melhorar o sabor dos alimentos e evitar a corrosão das embalagens e equipamentos de processamento após a limpeza e enxágue. A água superficial e de poço também contém vários tipos de microrganismos que são ativos tanto em condições aeróbicas quanto anaeróbicas. As bactérias aeróbicas relacionadas ao ferro oxidam os íons de ferro, enquanto as bactérias anaeróbicas relacionadas ao ferro reduzem os íons de ferro. Estas duas reações são finalmente classificadas como corrosão microbiana (MIC). Outros microrganismos também podem estar ativos na água, como bactérias redutoras de ácido sulfúrico e bactérias produtoras de ácido. No mesmo biofilme, bactérias aeróbicas e (abaixo) bactérias anaeróbicas podem estar ativas.

Ao usar água de poço para tratar vegetais enlatados (lavar e esfriar após a pasteurização). Onde a água não flui por muito tempo, os tubos fabricados em 316L vazarão dentro de seis meses devido à alta temperatura da água. A água do poço em si é fria (abaixo de 10°C), mas pode facilmente subir até 30°C no verão se permanecer parada na tubulação por um longo período de tempo. Em comparação com a Legionella, os biofilmes corrosivos formaram-se com taxas de actividade mais elevadas a temperaturas mais elevadas.

 

Corrosão por picada causada pela desinfecção e esterilização com cloro

O hipoclorito de sódio é comumente usado na limpeza e desinfecção de equipamentos de aço inoxidável. Se a concentração de hipoclorito de sódio for muito alta ou o tempo de limpeza e desinfecção for muito longo, o hipoclorito de sódio causará corrosão grave do aço inoxidável, especialmente quando a temperatura estiver acima de 25 ℃.

 

Fratura por corrosão sob tensão

Existe o risco de fratura por corrosão sob tensão de cloreto em temperaturas acima de 60°C. À medida que a deformação a frio, a tensão de tração e o teor de cloreto aumentam, o risco aumenta. Comparado com o tubo deformado a frio sem recozimento, o tubo recozido é insensível à fratura por corrosão sob tensão de cloreto. A parte externa dos tubos de aço soldados com costura reta utilizados na indústria de laticínios é muito mais sensível ao cloreto, devido às tensões de tração na seção causadas pela flexão durante o processo de fabricação. Em outras aplicações, os trocadores de calor tubulares podem ser responsáveis pela corrosão sob tensão por cloretos. É mais provável que fissuras por tensão de cloreto se desenvolvam em um lado do casco se a temperatura exceder 60°C. AISI 304 e 316 são sensíveis a este problema e há risco de fratura por corrosão sob tensão quando usados em evaporadores de açúcar onde os aços inoxidáveis ferríticos podem ser usado em seu lugar. O aço inoxidável ferrítico AISI 441 tem sido amplamente utilizado na indústria açucareira, principalmente o AISI 439. No uso prático, a escolha da tubulação é desenvolvida em aço inoxidável 304 e aço inoxidável 439. aço inoxidável 304 para tubos mais curtos e 439 para tubos mais longos.

Aço inoxidável 304: O aço pode ser selecionado quando o comprimento do tubo for inferior a 3 metros. O coeficiente de expansão térmica de 304 o aço inoxidável tem 1,8 × 10-2 mm / m ℃, que é muito maior que o do aço carbono. Quando o vaso está em alta temperatura, o estresse térmico do tubo é alto. Os tubos de aço inoxidável AISI 304 foram recozidos após soldagem de costura reta na fábrica.

Aço Inoxidável 439: ASTM439 é um aço inoxidável ferrítico estabilizado com titânio (17% ~ 19%Cr) usado para evaporadores ou bobinas de até 5 m de comprimento. O risco de fratura por corrosão sob tensão é maior quando o comprimento do tubo é superior a 7 m, a concentração de cloreto é alta e o grau de deformação a frio é alto. Nenhuma fratura por corrosão sob tensão ocorre em aços inoxidáveis ferríticos, como AISI 439. Para evitar corrosão em frestas, se a resistência à corrosão e as condições sanitárias permitirem, as pessoas geralmente usam o trocador de calor com o casco em placa de aço carbono espessa e a parede interna em espessura fina Tubo de aço AISI439. Desta forma, o aço carbono pode fornecer proteção catódica para tubos de aço inoxidável de paredes finas e pode reduzir o custo de projeto e produção e prolongar a vida útil.