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 diminui e as temperaturas nos dois efeitos aumentam.
A taxa de produção diminui e as temperaturas nos dois efeitos aumentam.
Passo 1
O enunciado descreve um evaporador a duplo efeito, de tubos curtos verticais, alimentação direta, condensador barométrico com ejetor a jato de dois estágios e controles manuais. Em regime estável, sem alteração nos controles, observa-se que a taxa de produção de vapor diminui e as temperaturas de ebulição nos dois efeitos aumentam. Para resolver precisamos usar os conceitos de transferência de calor em evaporadores múltiplos e o princípio de vácuo num condensador barométrico.
Passo 2
Em cada efeito, a temperatura de ebulição é a temperatura de saturação correspondente à pressão interna daquele efeito. O condensador barométrico, mantido a vácuo pelo ejetor, assegura que o vapor de última etapa condense a baixa pressão, o que dinamicamente define a pressão (e, portanto, a temperatura) de ebulição do segundo efeito; essa pressão de condensação do segundo efeito, por sua vez, é a pressão de alimentação (como “vapor de aquecimento”) do primeiro efeito.
Passo 3
A produção de vapor por efeito se liga ao fluxo de calor disponível e à entalpia de vaporização. Esquematicamente:
onde
é a potência térmica,
o coeficiente global de troca,
a área de troca,
a diferença entre a temperatura do vapor de aquecimento e a temperatura de ebulição do líquido,
a entalpia de vaporização e
a vazão de vapor gerado. Se a temperatura de ebulição sobe (por aumento de pressão),
cai, reduzindo
e, em consequência,
.
Passo 4
O sintoma observado (queda na produção e elevação das temperaturas de ebulição em ambos os efeitos) é típico de perda de vácuo no condensador barométrico. Com acúmulo de gases não condensáveis ou falha no ejetor (bicos entupidos, vazamentos de ar, fluxo de água de resfriamento insuficiente), a pressão de condensação cresce, elevando as pressões (e temperaturas) de ebulição de ambos os efeitos e, assim, reduzindo a taxa de evaporação.
Passo 5
Para eliminar o problema deve-se restabelecer o vácuo:
– purgar/retirar os gases não condensáveis do condensador barométrico;
– inspecionar e limpar os bicos do ejetor a jato;
– verificar e reparar vazamentos na linha de vácuo;
– assegurar o fluxo adequado de água de resfriamento no condensador.
– purgar/retirar os gases não condensáveis do condensador barométrico;
– inspecionar e limpar os bicos do ejetor a jato;
– verificar e reparar vazamentos na linha de vácuo;
– assegurar o fluxo adequado de água de resfriamento no condensador.
Resposta
Causa provável: perda de vácuo no condensador barométrico (acúmulo de gases não condensáveis ou falha no ejetor), elevando as pressões e temperaturas de ebulição e reduzindo a produção.
Eliminação: purga de não condensáveis, limpeza/manutenção do ejetor, reparo de vazamentos e garantia de fluxo de água no condensador para restaurar o vácuo.
Eliminação: purga de não condensáveis, limpeza/manutenção do ejetor, reparo de vazamentos e garantia de fluxo de água no condensador para restaurar o vácuo.