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.

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 \dot P aumenta e, ao mesmo tempo, a concentração de sólidos no produto C_P 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 \dot F a vazão mássica de alimentação (com concentração C_F), de \dot E a vazão total de vapor evaporado (soma dos dois efeitos) e de \dot P a vazão mássica de produto. O balanço de massa total é
\dot F \;=\;\dot E\;+\;\dot P
e o balanço de soluto (sólidos) é
\dot F\,C_F \;=\;\dot P\,C_P.
Se \dot F permanece constante e, por hipótese, observamos \dot P\!\uparrow enquanto C_P\!\downarrow proporcionalmente, então para satisfazer \dot F=\dot E+\dot P a evaporação \dot E 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 \dot E. Esse decréscimo no calor útil pode provir de:
  1. Acúmulo de incrustações (fouling) ou de condensado preso nos trocadores a vapor, reduzindo o coeficiente global de troca térmica.
  2. 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.
  3. 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:
  1. Inspecionar e limpar (ou fazer CIP) dos tubos nos dois efeitos, removendo incrustações de escala ou outros depósitos.
  2. Verificar e reparar/vazar corretamente os steam-traps e drenos de condensado, assegurando que não haja acúmulo de condensado nas superfícies de troca.
  3. Ventilar possíveis gases não condensáveis: comprobar linhas de vácuo e de condensação, garantir bom funcionamento do ejetor a jato e do condensador barométrico.
  4. 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 ( \dot E) por perda de eficiência térmica (fouling, condensado preso ou gases não condensáveis) faz a vazão de produto \dot P subir e a concentração C_P cair proporcionalmente. A solução é limpar os trocadores, reparar steam-traps, ventilar NCG e restabelecer o suprimento correto de vapor.