O Grande Condensador

Responda rápido: “Qual é o maior condensador que você tem na usina?”.

É o seu pré evaporador. Se não é, deveria ser, se você quiser uma usina eficiente do ponto de vista energético.

Sim, o pré evaporador é um grande condensador de vapor de escape, e é nossa obrigação procurar fazer com que praticamente 100% do vapor de escape seja condensado no pré evaporador. Resolvemos discutir estes conceitos devido a uma polêmica recente com um consultor cubano, para quem um valor de brix mais alto no pré evaporador causaria excessiva degradação da sacarose.

Pensando no pré evaporador como um condensador, é simples avaliar qual seria a superfície de troca térmica necessária para uma dada moagem, por exemplo de 100 t/h, para facilitar a avaliação no caso de moagens maiores.

Vamos admitir 110% de caldo misto em relação à cana, e temos portanto 110 t/h de caldo, por exemplo a 13,5% de brix.

Se queremos uma usina eficiente do ponto de vista energético, temos que fazer o pré aquecimento do caldo clarificado com vapor vegetal V1. Considerando o vapor V1 a 115 C, podemos aquecer o caldo clarificado por exemplo até 105 C sem ter pré aquecedores exagerados.

Portanto, devemos aquecer com vapor de escape 110 t/h de caldo de 105 a 115 C, o que significa um consumo de aproximadamente 2,0 t/h, ou seja, 20 kg/tc (kg de vapor por t de cana). Na verdade, este último valor seria o máximo que poderíamos admitir como sendo condensado em outros equipamentos que não fossem o pré evaporador.

Para simplificar as contas podemos admitir, de forma grosseira, que uma vez atingida a temperatura de ebulição pelo caldo, a taxa de condensação será aproximadamente igual à taxa de evaporação, valores com os quais estamos acostumados a lidar. Vamos considerar, por exemplo para um evaporador Roberts convencional, uma taxa média de evaporação de 25 kg/h.m², já levando em conta a temperatura do caldo e a diferença do calor de condensação entre o vapor de escape e o vapor vegetal.

Se estamos buscando um consumo de vapor na usina de por exemplo 500 kg/tc, precisamos condensar 50 t/h de vapor de escape a uma taxa de 25 kg/h.m², o que nos dá um evaporador de 2.000 m², ou aproximadamente 20 m²/tc/h (sem levar em conta folga de superfície para limpeza).

No caso de buscarmos consumos menores de vapor, poderemos talvez ter pré evaporadores menores, mas o menor consumo vai exigir maiores taxas de sangria nos efeitos posteriores, o que vai significar maior necessidade de superfície de troca térmica naqueles efeitos.

Voltando ao nosso exemplo, vamos evaporar cerca de 50 t/h de água do caldo, o qual então vai ter o seu brix passando de 13,5% para cerca de 24,8%. Porém, se o caldo estiver com brix mais alto, digamos 14,5%, o brix pode chegar até 26,5%. Valores mais altos de brix vão representar valores mais altos de EPE (elevação do ponto de ebulição), e neste aspecto é importante discutir a forma construtiva dos evaporadores.

Os evaporadores tipo Roberts apresentam maior tempo de residência do caldo, além de apresentar o fenômeno da EPE. Caldo com temperatura mais alta durante mais tempo vai significar maior formação de cor.

A solução é a adoção de evaporadores de nova geração. Para evitar alto tempo de residência e EPE, a solução natural é a utilização de evaporadores de película de filme descendente, sejam do tipo a placas ou do tipo tubular. Evaporadores de filme descendente não apresentam EPE, e a sua forma construtiva pode permitir baixos tempos de residência.

Mas para qualquer tipo de evaporador que se utilize, vale outra pergunta: “Qual a temperatura do desaerador da sua usina?”. Quase sempre a resposta a essa nossa pergunta é: 105 C. Mas qual a razão? Não poderia ser 115 ou até 120 C?

Aparentemente existe uma cultura nas usinas de que o desaerador deve trabalhar a 105 C, e ninguém questiona por que não poderia ser maior.

Uma das vantagens de se condensar praticamente 100% do vapor de escape (VE) no pré evaporador é ter a possibilidade de poder retornar todo o condensado de escape (CE) de um só ponto para o corpo do desaerador, à mesma temperatura de condensação. Neste caso a temperatura no desaerador sobe sem nenhum gasto adicional de energia. Isto é possível pela utilização de tanques e de bombas adequados.

Deixar o CE expandir (flashear) num tanque atmosférico é um crime contra a eficiência energética. Deixar o CE expandir para a pressão do V1 é menos grave, mas embora estejamos aproveitando a energia gerando uma parcela de vapor V1, estamos também transformado esta parcela de CE, que é água tratada da melhor qualidade, em condensado C1, que pode sofrer contaminação posterior. Não é a melhor escolha em nossa opinião.

Temos assim que procurar soluções para adequar os desaeradores existentes para operar a temperaturas mais altas (e portanto pressões mais altas), porém sem nenhum consumo de vapor para aquecimento. O CE deve voltar para o corpo do desaerador sem ver a luz do dia, estando sempre pressurizado. Passaria pela cabeça do desaerador apenas o condensado de reposição ou a água de reposição, os quais, ao contrário do CE pressurizado, devem ser desaerados.

No caso da utilização de evaporadores tipo Roberts, deve-se ter um cuidado adicional durante a partida e a parada dos equipamentos, com alternativas para se desviar o CE no caso de contaminação por vazamento em tubos. Durante a operação normal, se houver tubos vazando, vai passar VE para o lado do caldo, e não vice-versa.

Resumo da conversa: devemos procurar sempre condensar todo o VE no pré evaporador, retornando todo o CE para o desaerador na sua temperatura de condensação.