Usando o Vapor de Escape

Este texto foi sugerido por um cliente que desenvolveu o projeto conceitual da sua planta greenfield usando vapor de escape no estágio final de aquecimento do caldo clarificado.

O argumento para embasar esta decisão é conhecido: “Não devemos aquecer caldo em evaporadores, pois estes equipamentos não são desenhados para esta finalidade e assim a troca térmica não é eficiente”.

É verdade, mas este é apenas um dos aspectos em análise, já que existem outros aspectos que devem ser verificados para uma tomada final de decisão.

Vamos, em primeiro lugar, verificar quão grande é esta desvantagem mencionada acima. Para produzirmos vapor vegetal a 115º C com caldo clarificado aquecido com vapor vegetal e entrando no evaporador com 108º C, verificamos que apenas cerca de 3% do vapor de escape condensado no evaporador correspondem ao calor sensível (energia para aumentar a temperatura do caldo de 108º C até 115º C). Assim, se a troca de calor sensível não é eficiente, estamos discutindo sobre aumentar a superfície de troca térmica do evaporador na faixa de 5% no máximo. Ora, em um ciclo de operação entre limpezas de um evaporador temos uma variação de mais de 10% no coeficiente de troca térmica (diferença entre tubos limpos e tubos com incrustação). Portanto, convenhamos, não é esta diferença de superfície de troca térmica que vai fazer grande diferença no dimensionamento dos evaporadores.

Porém, usar aquecedores para aquecer caldo clarificado com vapor de escape traz uma série de desvantagens.

A primeira, e mais relevante, é que a utilização de vapor de escape para aquecer o caldo clarificado prejudica o balanço de energia da usina. É evidente que esta afirmação só vale para o caso de aquecimento do nosso exemplo até a temperatura de 108º C, pois a partir deste valor, seja no aquecedor, ou seja, no evaporador, sempre o calor será fornecido pela condensação do vapor de escape. Mas na prática, a situação é outra. Quando há possibilidade de aquecimento com vapor de escape, freqüentemente vemos o time de operação da usina preferir usar nos aquecedores vapor de escape em vez de vapor vegetal. É lógico que assim seja. A operação fica mais fácil!

A segunda desvantagem é que nos aquecedores a pressão do caldo dentro dos tubos freqüentemente é maior do que a pressão do vapor de escape. Em caso de falhas nos tubos ou na ligação tubos / espelhos, é grande a possibilidade de contaminação do condensado do vapor de escape que segue para as caldeiras de alta pressão. Esta particularidade obriga o projetista a instalar esquemas especiais para garantir que o condensado de vapor de escape proveniente de aquecedores não esteja contaminado, o que custa mais investimento e exige maiores cuidados operacionais. Nos evaporadores a situação é diferente, pois o caldo em ebulição está sempre com uma pressão inferior à pressão do vapor de escape e, sendo assim, no caso de falhas nos tubos ou na ligação tubos / espelhos é remota a possibilidade de contaminação do condensado do vapor de escape. Aliás, para garantir que o condensado dos evaporadores não esteja contaminado, basta instalar um sistema de pressão diferencial que desvie este condensado caso a pressão do vapor de escape caia até um valor próximo ao da pressão do vapor vegetal.

Uma terceira desvantagem reside no fato de que, quando usamos apenas vapor vegetal no aquecimento de caldo clarificado, não é necessário instalar sistemas para controlar a vazão de vapor visando evitar sobre aquecimento do caldo. Com o vapor vegetal a 115º C vamos no máximo conseguir aquecer o caldo até cerca de 110º C. Com vapor de escape a 127º C e aquecedores limpos pode haver sobre aquecimento, o que exige a instalação de sistemas de automação para controlar a vazão de vapor de escape e assim a máxima temperatura do caldo clarificado. Além do custo adicional deste sistema, a sua instalação acaba acarretando pressões diferentes nos feixes tubulares dos aquecedores, o que dificulta ou mesmo impede usarmos a mesma instalação que recupera o condensado dos evaporadores, cujo feixe tubular poderá estar com pressão mais elevada.

Concluindo, em nossa opinião, aquecer caldo clarificado com vapor de escape traz mais desvantagens do que vantagens. Nossa recomendação é instalar aquecedores com superfície de troca térmica suficiente para aquecer o caldo clarificado até 110º C com vapor vegetal a 115º C.

O vapor de escape é uma utilidade muito nobre do ponto de vista do balanço energético da usina. Não pode em hipótese nenhuma ser usado sem critério. Podemos até propor a seguinte recomendação genérica:

“USE VAPOR DE ESCAPE EXCLUSIVAMENTE EM EQUIPAMENTOS PRODUZINDO VAPOR VEGETAL”.

Esta frase resume o conceito que interpreta o vapor de escape como sendo um “combustível” que gera nos evaporadores o vapor vegetal que vai proporcionar o aquecimento para todas as necessidades do processo. Nos dias de hoje não é permitido desperdiçarmos combustível.

Vale lembrar que vapor vegetal também pode ser produzido a partir da vinhaça. Estamos caminhando rapidamente para a implementação de sistemas para concentração de vinhaça. Um esquema muito interessante consiste em usarmos vapor de escape no primeiro efeito de um sistema de evaporação de vinhaça de múltiplos efeitos, e usarmos vapor vegetal da vinhaça em aparelhos de destilação projetados para operar sob vácuo.

Estamos constantemente recomendando, principalmente para clientes no exterior, retirar o vapor de escape como fonte de aquecimento para aplicações as mais diversas.

É muito comum encontrarmos instalações com vapor de escape para limpeza de equipamentos, para aquecimento de ar, para lavagem de centrífugas, etc.

Para a limpeza de equipamentos é perfeitamente possível utilizar vapor vegetal. Na maioria das vezes os equipamentos passam pelo processo de limpeza com vapor sob a pressão atmosférica e, portanto, a pressão atmosférica é que determina a máxima temperatura no recinto. Não adianta colocar vapor com temperatura mais alta. O que é preciso é adequar as tubulações e as válvulas correspondentes para o vapor de menor pressão.

Para a secagem do açúcar necessitamos de ar com temperatura na faixa de 90º C. Ora, é perfeitamente possível aquecer o ar com vapor V1 a 115º C, basta dimensionar corretamente o aquecedor. Na verdade, até V2 a 105º C poderia ser usado, embora o aquecedor possa ficar muito caro. Será preciso fazer contas e verificar se o investimento retorna.

Para o uso nas centrífugas de açúcar também é possível utilizar um aquecedor indireto com V1 para obter água tratada na temperatura recomendada pelo fabricante da centrífuga. Usar vapor V1 diretamente na massa cozida poderia trazer problemas para a qualidade do açúcar.

Para todas as necessidades sempre há um jeito econômico de usarmos vapor vegetal. E quando o encarregado da moagem pedir para usa vapor de escape para limpar as correntes da esteira de cana? É simples. Mostre para ele a recomendação acima sobre como usar o vapor de escape.