Evaporadores

Quando fazíamos o nosso curso de pós graduação em Mauritius havia um professor que, confrontado com uma pergunta para a qual não tinha resposta convincente, respondia invariavelmente: “Há controvérsias a respeito”. Naturalmente virou motivo de brincadeira entre nós alunos, mas na vida real muitas vezes nos deparamos com perguntas para as quais não temos uma resposta definitiva e convincente.

Uma destas perguntas impertinentes: Qual o modelo de evaporador para instalar na sua usina que apresenta a melhor relação custo / benefício?

Naturalmente o melhor evaporador do mundo não vai servir se o seu custo for proibitivo para as nossas condições econômicas e, portanto o aspecto custo nunca pode ser relevado.

O velho evaporador Roberts continua sendo o mais usado. Trata-se de equipamento que pode operar praticamente sem sistema de automação, já que o volume de caldo no mesmo propicia uma certa estabilidade operacional mesmo quando há variações de vazão. Por outro lado o maior tempo de residência tende a aumentar a cor do xarope.

O Roberts pode operar sem controles desde que sejam tomados alguns cuidados com a circulação do caldo. 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). Nível alto causa baixa eficiência de evaporação e aumenta o risco de arraste. 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 m², mas tubos muito compridos prejudicam a eficiência com o aumento do ponto de ebulição devido à carga hidrostática. Outros pontos importantes: boa distribuição de vapor, boa remoção de condensados e de incondensáveis e bom separador de arraste.

Uma variação interessante do Roberts são os evaporadores de passe único, nos quais tanto o caldo como o vapor vegetal são extraídos por cima do corpo. Nesta configuração podemos ter, por exemplo, um pré evaporador de 4.000 m² composto por quatro corpos de 1.000 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.

Outra possibilidade são os evaporadores de película, os quais podem ser tubulares ou a placas e de filme ascendente ou descendente.

Os evaporadores de película tubulares são geralmente de filme descendente, e muito utilizados nas usinas de beterraba. O principal motivo é que, como não há aumento do ponto de ebulição, pode-se operar com menor diferencial de temperatura, típico das usinas de beterraba onde existem até oito efeitos. Para caldo com brix baixo, as suas taxas de evaporação são comparáveis às de um Roberts bem projetado e bem operado. Com brix mais elevados (últimos efeitos) as suas taxas são melhores, já que neste caso a elevação do ponto de ebulição no Roberts faz a diferença.

Como o caldo de beterraba é normalmente filtrado e abrandado, estes evaporadores podem operar toda uma safra sem limpeza.

No caso das usinas de cana, eles podem operar com um ciclo mais longo entre limpezas do que os Roberts, mas é absolutamente necessário dispor de sistema de limpeza química. A limpeza química deve ser planejada de forma preventiva, de maneira a não se criar incrustações difíceis de serem removidas. Evaporadores com tubos em aço carbono têm limpeza química relativamente barata. Evaporadores com tubos em aço inox têm a limpeza química mais cara, já que os produtos de limpeza não podem conter cloro e são assim mais caros.

Todos os evaporadores de película devem operar com bombas de recirculação, e a potência destas bombas deve ser levada em conta na época do projeto. Um quádruplo efeito tubular com, por exemplo, 2.500 m² na primeira caixa e três caixas de 1.000 m², tem uma potência instalada de cerca de 300 CV. A casa de força deve estar preparada.

Por outro lado, os evaporadores de película devem ter uma instrumentação mínima para pelo menos garantir que não vai ocorrer caramelização do caldo em caso de falta do mesmo nos tubos. Os tubos podem ter de 8,0 a 12,0 m de comprimento, dependendo da capacidade do evaporador.

O separador de arraste pode ser externo ou então incorporado ao próprio corpo do evaporador, dependendo do projetista.

Os evaporadores de película a placas de filme ascendente foram instalados em vários países, o Brasil inclusive. As taxas de evaporação obtidas ficaram abaixo das previsões teóricas e, portanto uma folga de pelo menos 25% deve ser levada em conta quando da seleção destes equipamentos.

Como existem juntas de borracha entre as placas, deve haver um cuidado especial com as mesmas no que diz respeito à temperatura do vapor de escape, necessitando de um desuperaquecedor confiável. Estas juntas costumam ser um item caro na manutenção.

A recirculação do caldo é indispensável para garantir uma boa distribuição entre as placas, e é recomendável não instalar pedestais muito longos justamente para evitar os problemas com a distribuição de caldo.

Necessitam de um balão separador externo, mas por outro lado podem ser instalados ao lado de Roberts existentes usando-se os mesmos como balão separador.

Os evaporadores de película a placas de filme descendente são mais recentes e parecem muito promissores. São instalados dentro de corpos de Roberts existentes ou então em corpos novos de aço carbono construídos para este fim. Aparentemente não tem os problemas de distribuição do caldo dos modelos de filme ascendente, e não necessitam juntas de borracha.

O principal problema dos evaporadores a placas é também o seu custo inicial, pois trata-se de equipamentos que devem ser construídos em aço inoxidável e cujas placas são importadas. Com a elevação do valor do dólar, o m² destes equipamentos ficou muito mais caro do que o m² dos outros modelos.

Qual modelo escolher? 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.

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

Para a usina que quer o m² 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.

Como dizia o nosso velho mestre, há controvérsias a respeito.