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 e a de consumo de vapor de água diminuem. A pressão do vapor, o vácuo e as concentrações da carga inicial e do produto permanecem imutáveis.
A taxa de produção e a de consumo de vapor de água diminuem. A pressão do vapor, o vácuo e as concentrações da carga inicial e do produto permanecem imutáveis.
Passo 1
O enunciado descreve um evaporador de duplo efeito que, em regime estável, apresenta simultaneamente queda na taxa de produção de concentrado e na taxa de consumo de vapor de água, enquanto a pressão de vapor, o vácuo no condensador e as concentrações do alimentado e do produto permanecem inalterados. O conteúdo a aplicar é o balanço de energia no evaporador, mais precisamente a equação de transferência de calor que relaciona a quantidade de vapor gerado à área e ao coeficiente global de troca térmica.
Passo 2
Para um evaporador em regime permanente, a taxa de vapor produzido
é dada por
onde
é a taxa de calor transferido através das paredes dos tubos e
o calor latente de vaporização. Além disso,
sendo
o coeficiente global de transferência de calor,
a área de troca e
a diferença de temperatura média logarítmica entre vapor de aquecimento e solução a evaporar. Como as pressões (e, portanto, as temperaturas saturação) estão constantes,
também permanece constante.
Passo 3
Se
é constante e observa-se redução tanto em
(produção) quanto em consumo de vapor, o declínio deve advir de perda em
, em
ou em ambos. O valor de
efetivo diminui quando há incrustação (fouling) nos tubos de aquecimento, reduzindo a área disponível e o coeficiente de troca térmica. Em consequência,
cai, o que reduz
e o vapor consumido.
Passo 4
Portanto, a causa provável é incrustação ou depósito de escala nos tubos curtos verticais do evaporador, que reduz o coeficiente global
e a área de troca
. Esse fenômeno não altera pressões ou concentrações, mas retarda a transferência de calor.
Passo 5
Para eliminar o problema deve-se efetuar limpeza dos tubos do evaporador, usando procedimento de limpeza química (CIP com solução ácida ou alcalina adequada) ou mecânica, conforme a natureza da incrustação. Também é recomendável revisar o tratamento da água de alimentação para minimizar formação de escala em operação futura.
Resposta
Causa provável: incrustação (fouling) nos tubos de aquecimento, reduzindo o coeficiente global e a área de troca térmica.
Como eliminar: limpeza química ou mecânica dos tubos (CIP) e ajuste do tratamento de água para prevenir nova incrustação.
Como eliminar: limpeza química ou mecânica dos tubos (CIP) e ajuste do tratamento de água para prevenir nova incrustação.