Circuladores Mecânicos para Tachos a Vácuo

Nossas usinas têm ultimamente procurando eliminar os gargalos existentes na indústria para aumentar o máximo possível a capacidade de produção de açúcar. Os tachos a vácuo assim estão sendo exigidos ao máximo, ao contrário do que ocorria recentemente.

A otimização da capacidade de produção dos tachos passa por muitos aspectos, e antes de se procurar intervir nos tachos propriamente ditos é importante garantir que os mesmos estejam operando nas condições operacionais perto do ideal. Assim é preciso verificar que:

• o vapor de aquecimento esteja com pressão adequada e estável;

• o sistema de condensação esteja adequado (água para condensação com vazão suficiente e com temperatura baixa);

• o xarope esteja com brix estável e na faixa de 60 a 65%;

• o mel esteja adequadamente condicionado com brix na faixa de 70 a 75% e com temperatura na faixa de 70 a 75 C, sem falsos cristais;

• os equipamentos auxiliares tais como sementeiras e magmeiras estejam devidamente dimensionados para se evitar tempos mortos nos tachos e interdependência entre os ciclos dos mesmos;

• as interligações estejam bem dimensionadas para evitar demora na transferência dos produtos, etc.

Após os aspectos acima estarem devidamente corrigidos, talvez seja possível aumentar a capacidade de tachos existentes pela introdução de sistemas de circulação mecânica, mas a adoção de tais equipamentos depende antes de uma análise mais criteriosa das condições dos equipamentos disponíveis.

Embora estejamos acostumados a determinar a capacidade dos tachos em função do seu volume, existem outros detalhes construtivos que são muito importantes na definição da capacidade do equipamento.

O parâmetro mais importante na definição da capacidade do tacho é a relação entre a superfície de aquecimento da calandra e o volume final de massa cozida (S/V indicado em m²/m³). Normalmente esta relação está na faixa de 6 a 7 , podendo chegar a 8 em projetos mais recentes. Em tachos para refinaria pode chegar a 10 e em tachos contínuos eventualmente até a 12. Naturalmente, quanto maior for esta relação maior será a capacidade evaporativa e menor poderá vir a ser o ciclo de cozimento.

Entretanto, a relação S/V não pode ser adotada de forma indiscriminada pelo projetista do tacho, já que outros critérios importantes devem ser obedecidos, a saber:

• se a altura da massa cozida for muito grande, pode haver dissolução parcial dos cristais em função do aumento de temperatura devido à pressão hidrostática da massa cozida;

• a circulação natural deve ser a maior possível para se ter rapidez e bom esgotamento do licor mãe, o que implica em certos limites na definição do diâmetro do tubo central;

• o volume de pé deve ser o menor possível, para permitir bom esgotamento e um menor volume de massa cozida por tonelada de xarope processado;

• em tachos que processam massas de baixa pureza não adianta ter uma relação S/V muito grande, já que existe um tempo mínimo necessário para se garantir um bom esgotamento, tempo este que depende da taxa de cristalização, a qual diminui com a pureza da massa.

Infelizmente os critérios acima são conflitantes. Se a altura da massa cozida é reduzida, melhoramos a circulação natural, mas aumentamos o volume de pé. Se procuramos manter o volume de pé, reduzimos a relação S/V.

Para um dado diâmetro de tacho, para melhorar a circulação natural é necessário aumentar o diâmetro do tubo central, mas neste caso diminuímos a relação S/V para uma dada altura de massa cozida.

Portanto, o projetista deve adotar uma solução de compromisso entre a relação S/V, a circulação da massa cozida (a qual depende do diâmetro do tubo central e do diâmetro dos tubos), a altura da massa cozida e o volume de pé. Estas limitações tornam por exemplo difícil para o projetista ter um tacho com 30% de pé e relação S/V muito acima de 6. Pode-se aumentar a relação S/V usando tubos com menor diâmetro, mas neste caso a circulação fica prejudicada devido à maior perda de carga nos tubos (maior perímetro molhado).

Portanto, ao analisar o projeto de um tacho a vácuo, é importante verificar, além da conhecida relação S/V, o diâmetro do tubo central (que pode determinar a capacidade de circulação da massa), a altura dos tubos (que nos dá uma indicação da altura da massa cozida) e também o volume de pé (deve estar na faixa de 30 a 35%).

A adoção de circuladores mecânicos de alta eficiência é uma alternativa interessante, já que os mesmos garantem uma boa movimentação da massa cozida mesmo em condições críticas e permitem adotar parâmetros de projeto em novos equipamentos que seriam absolutamente incompatíveis com uma boa circulação da massa cozida.

Em tachos já existentes, é possível obter ganhos significativos de capacidade com circuladores mecânicos, mas é importante verificar cuidadosamente os parâmetros de projeto e de operação.

Circuladores mecânicos de projeto recente tem os impulsores desenhados para uma vazão teórica na faixa de 400 renovações por hora. Para garantir o máximo de eficiência os impulsores modernos são de fluxo axial, montados na parte superior do tubo central, e com um mínimo consumo de potência (cerca da metade da potência anteriormente adotada em circuladores de fluxo radial).

Sendo a viscosidade da massa cozida muito alta, existem limites práticos para a velocidade periférica máxima dos impulsores, acima dos quais a potência consumida fica muito elevada. Dessa maneira, a potência consumida será tanto menor quanto maior for o diâmetro do tubo central. Em tachos com tubo central muito pequeno, a instalação do circulador pode não ser econômica.

Por outro lado, em tachos com alta relação S/V (acima de 7,5) e operando com massas cozidas de alta pureza e baixo brix, a circulação natural pode por exemplo estar já acima de 500 renovações por hora, e neste caso pode não haver ganho de capacidade, embora sempre haja a vantagem de garantir massa homogênea mesmo operando com taxas de evaporação reduzidas.

Portanto, a instalação de circuladores mecânicos em tachos existentes pode ser muito interessante nas seguintes condições:

• tachos com baixa relação S/V, porém com tubo central cuja área seja de 35 a 45% da área da seção transversal dos tubos (naturalmente o circulador pode operar com tubo central menor, mas o consumo de potência será proporcionalmente maior);

• tachos que operam com granagem, já que a circulação mecânica homogeneiza a massa cozida em quaisquer condições de evaporação, principalmente logo após a introdução da semente quando não está ocorrendo alimentação de mel;

• tachos que operam com massas cozidas de baixa pureza onde se procura alto esgotamento, já que a baixa taxa de cristalização impede uma evaporação vigorosa que é a responsável pela circulação natural da massa cozida;

• tachos com boa circulação natural mas que por motivo de balanço térmico devem operar com vapor de aquecimento a temperaturas mais baixas (vapor de segundo ou de terceiro efeitos).

De qualquer modo, em quaisquer dos casos acima, uma verificação cuidadosa do projeto e das condições operacionais é importante para se avaliar os ganhos potenciais com a introdução do circulador mecânico.