Tecnologia Industrial – Evaporadores: qual modelo escolher?

Os velhos e conhecidos Roberts ainda são mais os utilizados pelas usinas por conta do seu baixo custo de operação e maior estabilidade

Natália Cherubin

Dalla Vecchia: “Às vezes, para as mesmas condições, podem ser usados de três a sete evaporadores em linha. A utilização dos vapores vegetais (oriundos do próprio caldo) é que faz a diferença no consumo de vapor de processo nas usinas”

Não há exagero quando se afirma que o açúcar é feito na lavoura. Afinal, a indústria apenas extrai, purifica e cristaliza. Este açúcar entra na indústria diluído em três partes de água para cada parte de matéria-prima. Considerando esta verdade, uma das operações mais importantes na indústria é, sem dúvida, a retirada desta água pelo processo de evaporação, ou seja, a concentração do caldo. Muito além disso, os evaporadores são essenciais para a geração de vapor de processo, responsável principal pelo sucesso na redução de consumo de vapor através das diversas extrações de vapores de pressões mais baixas para os processos de aquecimento da indústria. Então não há exagero, segundo Antonio Furco, diretor da MFurco Engenharia, se dissermos que os evaporadores são parte do coração do processo industrial.

De acordo com Furco, o modelo Roberts é o mais utilizado por conta da sua estabilidade operacional, que suporta melhor as variações que o processo ofereceAo longo dos anos, o setor desenvolveu diversos tipos de evaporadores como os Roberts, Falling-Films, que podem ser de disco de distribuição dirigida ou nevoa turbulenta, e ainda os de Placas ou Muti-calândrias. Apesar disso, o velho modelo Roberts ainda continua sendo o mais utilizado pelas usinas. Mas qual seria o motivo?

O que se busca na operação de evaporação é obter a maior eficiência possível, ou seja, maior volume de evaporado por menor consumo de vapor, menor inversão e destruição de açúcares, aumento dos intervalos de limpeza, seja física ou química, e maior estabilidade operacional. “Independentemente do mix da usina, se açucareira ou alcooleira, o que se busca são equipamentos de maior eficiência, pois a diferença entre ambas está apenas no brix do concentrado final, que para o açúcar busca-se acima de 65° brix”, destaca Furco.

O evaporador Roberts é um equipamento que pode operar praticamente sem sistema de automação, já que o volume de caldo propicia certa estabilidade operacional mesmo quando há variações de vazão. Por outro lado, o maior tempo de residência tende a aumentar a cor do xarope.

De acordo com o diretor da Reunion Engenharia, a automação cada vez mais intensa nas plantas sucroenergéticas deve ser considerada na escolha dos equipamentos envolvidos tanto no aquecimento quanto na evaporaçãoOs evaporadores tipo Roberts podem operar sem controles desde que sejam tomados alguns cuidados com a circulação do caldo. Segundo Celso Procknor, diretor da Procknor Engenharia, corpos de geometria diferente devem ser instalados adequadamente de maneira que o caldo passe de efeito a efeito sem causar inundação excessiva dos tubos – deve operar com cerca de 1/3 da altura dos tubos. Isto, porque o nível alto causa baixa eficiência de evaporação e aumenta o risco de arraste. Sendo assim, a circulação do caldo entre os efeitos deve ser natural e sem a interferência do operador. É impossível procurar controlar o nível de várias caixas manualmente, e na prática o que ocorre é que a evaporação passa a trabalhar em bateladas. Em caso de brix do xarope baixo não adianta reter o mesmo na evaporação, é preciso limpar os tachos ou reduzir a vazão de caldo na entrada do primeiro efeito.

“Evaporadores com tubos mais longos tem menor preço por metro quadrado, mas tubos muito compridos prejudicam a eficiência com o aumento do ponto de ebulição devido à carga hidrostática. Outros pontos importantes são a boa distribuição de vapor, boa remoção de condensados e de incondensáveis, e bom separador de arraste”, salienta Procknor.

De acordo com ele, uma variação interessante dos Roberts são os evaporadores de passe único, nos quais tanto o caldo como o vapor vegetal são extraídos por cima do corpo. Nesta configuração pode-se ter, por exemplo, um pré-evaporador de 4 mil m2 composto por quatro corpos de 1 mil m2 ligados a um balão separador central. “A vantagem evidente é que a limpeza pode ser feita com perda de apenas 25% da capacidade. A desvantagem é o maior espaço ocupado e o maior custo de instalação e de manutenção, já que são necessárias mais válvulas e mais acabamento nas tampas de cada corpo. Dispondo-se do espaço e, mais importante, do dinheiro adicional, é uma alternativa a ser estudada com atenção.”

Segundo Marcelo Fernandes, diretor da Fourteam, os do tipo Falling Film, de fluxo descendente e os do tipo Kestner, tem presença crescente nas usinas internacionais. “Nós mesmos, na Fourteam, desenvolvemos em conjunto com Dr. Peter Rein, renomado tecnólogo açucareiro e autor do livro mais atual de engenharia açucareira, um exitoso projeto de evaporador de tubo longo, EVTL. Os evaporadores do tipo placa, com o perdão do trocadilho, não emplacaram.”

Furco diz que o Robert tem maior estabilidade operacional, o que permite grande volume de caldo na calandra, exigindo maior pressão do vapor pela carga hidrostática exercida pela altura do líquido, menor taxa de evaporação. No entanto, maior dificuldade na limpeza, exigindo normalmente limpeza física com os riscos que esta oferece, já que as pessoas adentram a caixa, oferecendo condições insalubres de trabalho e periculosidade. “Podem operar em efeito único isolado ou como primeira caixa de um conjunto de quatro ou cinco corpos, economizando tantas vezes mais vapor, quanto maior for o número de estágios, formando os múltiplos efeitos, visando economizar vapor e baixar as temperaturas de evaporação, com redução de perdas de açúcar. Este tipo de evaporador é o mais usado por sua estabilidade operacional, suportando as variações que o processo oferece.”

OUTROS MODELOS

O Falling film migrou do segmento cítrico para o açucareiro e tem como principal vantagem poder trabalhar com tubos vazios, reduzindo a carga hidrostática dos Roberts e, por consequência, aumentando a taxa de evaporação, permitindo ainda, o emprego de limpeza química devido ao baixo volume e fluxo dirigido.

Modelo Falling-FilmSegundo Furco, tem sido empregado com melhor desempenho no primeiro efeito, obrigando ao uso de altas taxas de recirculação, já que a operação com baixo volume eleva os riscos de tubos vazios, podendo ocasionar a elevação momentânea e localizada da concentração, com inversões do açúcar, incrustação ou aderência as paredes.

“Existem dois tipos de Falling-Film, os de Névoa Turbulenta, onde um sistema instalado na alimentação do caldo, no topo do evaporador, provoca uma nevoa com perfeita distribuição do caldo nos tubos, e o com alimentação dirigida por vertedores proporcionais, permitindo que o caldo alimente todos os tubos. Em ambos os casos o bom funcionamento depende da taxa de reciclo que se aplica, evitando possíveis falhas no fluxo de alimentação dos tubos e, consequentemente, riscos de incrustação. Encontramos estes equipamentos operando com maior frequência como primeira caixa ou pré-evaporadores”, detalha.

Furco destaca que normalmente este modelo requer maior investimento, pois aumenta o custo de energia pelo refluxo e exige maior automação. No entanto, tem menor instabilidade por conta do baixo volume operacional.

Para Dalla Vecchia, os evaporadores Falling film são vantajosos quando há muito pouca diferença de temperatura entre o vapor de aquecimento e o caldo dentro do evaporador. “Como exige sistema de bombeamento e são de fácil incrustação e de difícil limpeza, não tem sido a principal escolha das usinas, mas teoricamente tem a vantagem de reduzir a queima de sacarose devido a seu baixo tempo de residência.”

Já o modelo de placas consiste em substituir a calandra tubular dos evaporadores Roberts por um trocador de placas. Com isso há um aumento da capacidade na proporção que as placas têm maior coeficiente de troca, conservando as demais partes do antigo Roberts, mas com menor investimento total. Mesmo considerando estas vantagens, este tipo de evaporador ou substituição das calandras de Roberts existentes não evoluiu no número de equipamentos instalados, principalmente pela dificuldade de limpeza, que deve ser obrigatoriamente por sistema CIP (Clean In Place).

De acordo com Furco, havendo incrustação haverá necessidade de retirada do pacote de dentro do corpo. “Estes projetos foram defendidos pelos fabricantes de trocadores de placas, porém pouco defendidos pelos projetistas de unidades industriais. Neste tipo, os cuidados com recirculação devem ser maiores que em Falling-Film. Além disso, os separadores de arraste são de grande porte e devem permanecer em bom estado de limpeza.

Dalla Vecchia diz que os modelos de placas podem e têm sido utilizados. Entretanto, destaca que o que garante o bom funcionamento destes modelos é um sistema de limpeza química altamente eficiente, pois não é prático ou econômico a desmontagem das placas para limpeza. “É fundamental para o bom funcionamento da evaporação a limpeza e a manutenção dos parâmetros operacionais próximos aos parâmetros de projeto. Estabilidade nas condições do vapor e do sistema de vácuo são fundamentais. A evaporação, além de concentrar o caldo, fornece vapor para muitos processos dentro da usina. Aquecimento, cozimento e destilação são os principais. Assim, qualquer falha em seu funcionamento impacta em todos estes processos causando perdas, prejuízo na qualidade do açúcar, queda de capacidade etc.”

Evaporador esquemático  tipo placasFernandes concorda. Afirma que tanto os Falling film quanto os de placas, para funcionarem bem, pressupõem que a limpeza seja feita quimicamente e não mecanicamente, como é o caso do Brasil. “Como nossas usinas não gostam de limpeza química, não tiveram o sucesso esperado com estes modelos. No caso dos Falling film ainda temos o agravante do elevado consumo de energia elétrica.”

Os Multi-calandrias são derivados do tipo Robert, portando são de tubos curtos. Neste modelo, sua calandra é dividida em quatro corpos, mantendo o mesmo “domo” de evaporação ou flasheamento. Este modelo permite uma taxa de evaporação levemente maior que o Robert, pois reduz a carga hidrostática sobre o líquido a ser evaporado. Os corpos são distribuídos ao redor do domo, recebendo caldo na parte inferior dos tubos e retornando na parte superior para a corpo de flash ou domo.

“Este equipamento permite operação parcialmente contínua durante toda safra, permitindo parar apenas um reboiler para limpeza, ou seja 25% (se for quatro células ou satélites). Além disso, opera bem com limpeza química pelo baixo volume em cada reboiler, e mesmo na limpeza mecânica não exige que a mão de obra entre nas caixas, o que reflete em redução de passivos trabalhistas e riscos de acidentes”, detalha Furco.

COMO SABER QUAL A MELHOR ESCOLHA?

Com tantos modelos, como saber qual escolher? Para Procknor, do ponto de vista técnico, o evaporador a placas de filme descendente seria o mais interessante, mas será necessário antes viabilizar o aspecto econômico. “Para uma usina que disponha de energia elétrica suficiente e de uma cultura de automação consolidada, o evaporador de película tubular com tubos em aço carbono pode ser uma boa alternativa, visando a eliminação da mão de obra para a limpeza mecânica dos Roberts e um maior ciclo de operação entre limpezas.”

Já o evaporador de passe único, segundo ele, é uma possibilidade muito interessante, pois embora o ciclo entre limpezas possa ser mais curto, a sua flexibilidade permite limpezas químicas frequentes e limpezas mecânicas ocasionais sem grande perda de capacidade de moagem.

“Para a usina que quer o metro quadrado com o menor custo do mercado, a solução é o velho Roberts, que desde que bem projetado e bem instalado opera bem, sem instrumentação e sem bombas de recirculação. Porém, na hora da limpeza mecânica é aquele sofrimento que todos conhecemos, e, do ponto de vista de legislação trabalhista, tende a ficar cada vez mais difícil”, adiciona Procknor.

“São vários os modelos e projetos que se apresentam no mercado, mostrando que com algumas diferenças e vantagens podem operar no processo. O que vai depender do bom funcionamento são os cuidados operacionais e condições financeiras de cada unidade”, opina Furco.

Dalla Vecchia destaca que mais significativo do que o tipo de evaporador é o arranjo dos evaporadores, pois isto depende da economicidade de vapor da usina. “Às vezes, para as mesmas condições podem ser usados de três a sete evaporadores em linha. A utilização dos vapores vegetais (oriundos do próprio caldo) é que faz a diferença no consumo de vapor de processo nas usinas.”

Para Jorge Scaff, diretor da Reunion Engenhariaos aspectos de segurança (NR-12 e NR-13) devem ser cuidadosamente observados, visando uma melhor proteção e cuidados aos operadores. Estes cuidados devem ser considerados na escolha do melhor tipo de equipamento a ser empregado, seja para aquecedores ou evaporadores. “Outro ponto importante a ser observado é com relação a automação cada vez mais intensa nas plantas sucroenergéticas e que deve ser considerada na escolha dos equipamentos envolvidos, tanto no aquecimento quanto na evaporação”, conclui.