Um evaporador a duplo efeito, de tubos curtos verticais, com alimentação direta, condensador barométrico, ejetor a jato com dois estágios e controles manuais, opera em regime estável durante um certo tempo. Qual deve ser a causa provável de cada um dos efeitos seguintes e como será possível eliminá-lo - se eles forem observados sem haver qualquer modificação nos controles operacionais?
A taxa de produção do produto aumenta, mas a concentração cai proporcionalmente.
A taxa de produção do produto aumenta, mas a concentração cai proporcionalmente.
Passo 1
O enunciado descreve um evaporador a duplo efeito operando em regime estável. De repente, sem nenhuma alteração manual nos controles, observa-se que a vazão de produto
aumenta e, ao mesmo tempo, a concentração de sólidos no produto
diminui de forma proporcional. Para entender isso, vamos usar o balanço de massa do sistema e a relação entre a taxa de evaporação e a transferência de calor aos feixes de tubos.
Passo 2
No regime permanente, chamemos de
a vazão mássica de alimentação (com concentração
), de
a vazão total de vapor evaporado (soma dos dois efeitos) e de
a vazão mássica de produto. O balanço de massa total é
e o balanço de soluto (sólidos) é
Se
permanece constante e, por hipótese, observamos
enquanto
proporcionalmente, então para satisfazer
a evaporação
deve ter diminuído. Menos vapor gerado significa mais massa de produto saindo e menor concentração para manter constante a massa de soluto.
Passo 3
Concluímos que a causa provável é uma redução na taxa de transferência de calor ao fluido em ebulição, o que diminui
. Esse decréscimo no calor útil pode provir de:
- Acúmulo de incrustações (fouling) ou de condensado preso nos trocadores a vapor, reduzindo o coeficiente global de troca térmica.
- Mau funcionamento de steam-traps ou de drenos de condensado, levando à retenção de condensado nos feixes e à diminuição da área efetiva de troca.
- Acúmulo de gases não condensáveis nos feixes ou no condensador barométrico, elevando pressões locais e reduzindo a transferência de calor.
Passo 4
Para restaurar a operação original e reestabelecer a taxa de evaporação projetada, deve-se:
- Inspecionar e limpar (ou fazer CIP) dos tubos nos dois efeitos, removendo incrustações de escala ou outros depósitos.
- Verificar e reparar/vazar corretamente os steam-traps e drenos de condensado, assegurando que não haja acúmulo de condensado nas superfícies de troca.
- Ventilar possíveis gases não condensáveis: comprobar linhas de vácuo e de condensação, garantir bom funcionamento do ejetor a jato e do condensador barométrico.
- Confirmar pressão e qualidade do vapor de aquecimento, removendo eventuais ar em excesso ou gotículas de água que prejudiquem o calor latente disponível.
Resposta
A queda da evaporação (
) por perda de eficiência térmica (fouling, condensado preso ou gases não condensáveis) faz a vazão de produto
subir e a concentração
cair proporcionalmente. A solução é limpar os trocadores, reparar steam-traps, ventilar NCG e restabelecer o suprimento correto de vapor.