MVR - Recompressão Mecânica de Vapor

De tempos em tempos o termo MVR (Mechanical Vapour Recompression) aparece no mercado como uma possibilidade para a solução de problemas de falta de vapor de processo nas usinas. Foi o que ocorreu na última edição da Fenasucro, com fabricantes diversos oferecendo o seu equipamento.

Na usina estamos muito acostumados com as turbinas a vapor que transformam energia térmica em energia mecânica, para acionar moendas e geradores por exemplo. Com o MVR transformamos energia mecânica (geralmente motor elétrico, mas poderia ser turbina) em energia térmica.

O compressor de vapor de processo pode ser de natureza mecânica (MVR) ou pode ser de natureza térmica (TVR - Thermal Vapour Recompression). O TVR é basicamente um bocal tipo venturi que recebe vapor de alta pressão e se mistura a um vapor “succionado” de pressão mais baixa, ficando o vapor resultante numa pressão intermediária próxima à do vapor de baixa pressão.

A primeira usina na qual trabalhei, nos anos 70, tinha um sistema TVR instalado. Naquela época não havia sistemas de cogeração e quem mandava na produção da caldeira era o vapor de processo, havendo geralmente válvulas para a redução de vapor vivo para o processo. As caldeiras trabalhavam com 20 bar / 300 C e o TVR comprimia vapor vegetal V1 para a pressão de vapor de escape VE. Desta maneira o vapor vivo, em vez de passar por uma válvula redutora diretamente, passava pelo TVR e permitia assim comprimir o V1 aumentando, portanto, a disponibilidade de VE sem aumento de produção na caldeira. Mais recentemente tomamos conhecimento de um TVR com aplicação similar operando com 30 bar e 400 C e com uma relação de arraste de 1:2, ou seja, 15 t/h de vapor motriz comprimiam 30 t/h de V1 resultando em 45 t/h de VE.

O TVR tem uma eficiência relativamente baixa e não faz mais sentido usa-lo em usinas com sistemas de cogeração e vapor motriz com temperatura muito mais elevada acionando turbinas muito mais eficientes do que as daquela época. Por outro lado, em usinas com este tipo de caldeira comprimir o V1 significa um risco sério de contaminação do condensado de escape (CE) que deve retornar para as caldeiras, já que o risco de contaminação do C1 é muito mais alto do que o do CE. Assim hoje em dia o uso do TVR fica restrito a aplicações muito específicas como, por exemplo, produzir vácuo com sistema de ejetores de pequena capacidade quando o custo da bomba de vácuo fica proibitivo.

Já o MVR tem uma eficiência mais alta e sua aplicação fica tanto mais indicada quanto menor for o custo da energia elétrica em relação ao custo de produção de vapor. É muito difundido na agroindústria da Europa e menos utilizado nos Estados Unidos. Estivemos recentemente trabalhando em um projeto para produção de pasta de tomate, onde há muita evaporação, e visitamos plantas europeias nas quais o MVR é geralmente utilizado.

No caso de usinas de cana no Brasil, que geralmente tem sistema de cogeração, a instalação de um MVR vai significar redução na venda de energia elétrica para a rede da concessionária. Desta maneira o seu custo operacional (OPEX), além da manutenção, terá que considerar o preço de oportunidade de venda desta energia.

Entretanto, o MVR pode ser uma solução interessante do ponto de vista de investimento (CAPEX) no caso da capacidade das caldeiras da usina estar no seu limite máximo e existir uma oportunidade de aumento de moagem, digamos, na faixa de 20%. Como a caldeira é o equipamento mais caro da usina, e fica proporcionalmente mais caro por tonelada de vapor produzido quando a sua capacidade é pequena, poderia ser mais lógico investir em um MVR em vez de investir em uma caldeira nova. Principalmente se for numa época na qual o preço do açúcar esteja alto e o preço da energia elétrica esteja baixo.

Neste caso, para evitar o risco de contaminação do CE mencionado acima, a primeira recomendação seria comprimir parte do V2 para V1. Mas também é possível comprimir vapores de pressão mais baixa como o V4, por exemplo. Outra aplicação interessante poderia ser em sistemas de concentração de vinhaça quando o vapor de processo está escasso.

O MVR é basicamente um turbo ventilador de construção muito robusta operando com alta rotação (geralmente acima de 7.000 rpm) para comprimir o vapor e por consequência aumentar a sua temperatura, de maneira que o mesmo possa ser reutilizado no mesmo sistema de troca de calor. O vapor a ser comprimido passa por um separador de gotas adequado para que o ventilador trabalhe apenas com a fase gasosa. Ao contrário do TVR, que tem pouca flexibilidade para operar com carga variável, o MVR permite a operação com carga parcial, pois dispõe de um sistema automático de controle de vapor na admissão.

Neste caso específico de compressão de V2 para V1, dependendo da eficiência do MVR e do motor de acionamento, necessitamos de aproximadamente 20 kWh para cada tonelada de vapor comprimido.

A efetiva economia de VE no processo, que vai permitir o aumento de moagem, vai depender de um estudo caso a caso das usinas, pois depende fundamentalmente do mix de produção açúcar / etanol e do sistema de sangria de vapor já existente ou que poderia ser implantado junto com o MVR.

Definidas a respectivas estimativas de CAPEX e de OPEX, e em função dos preços relativos entre o açúcar e a energia elétrica, o investidor poderá então tomar a sua decisão.