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.

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 \dot m_v é dada por
\dot m_v = \frac{Q}{\lambda}
onde Q é a taxa de calor transferido através das paredes dos tubos e \lambda o calor latente de vaporização. Além disso,
Q = U\,A\,\Delta T
sendo U o coeficiente global de transferência de calor, A a área de troca e \Delta T a diferença de temperatura média logarítmica entre vapor de aquecimento e solução a evaporar. Como as pressões (e, portanto, as temperaturas saturação) estão constantes, \Delta T também permanece constante.

Passo 3

Se \Delta T é constante e observa-se redução tanto em \dot{m}_v (produção) quanto em consumo de vapor, o declínio deve advir de perda em U, em A ou em ambos. O valor de A efetivo diminui quando há incrustação (fouling) nos tubos de aquecimento, reduzindo a área disponível e o coeficiente de troca térmica. Em consequência, Q cai, o que reduz \dot{m}_v 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 U e a área de troca A. 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.

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