Tudo sobre condensadores barométricos para a indústria sucroenergética

Condensadores barométricos são amplamente usados na atividade industrial como um recurso econômico de remoção de ar, exaustão de vapor e outros gases que operam sob vácuo. Na indústria sucroenergética, eles são usados como solução para regular o vácuo da evaporação e dos tachos do cozimento.

Preparamos esse texto com a finalidade de apresentar os diferentes tipos de condensadores disponíveis no mercado e compará-los de forma a contribuir com os profissionais da indústria sucroalcooleira possam avaliar as opções para decidir qual equipamento melhor atende às necessidades de suas usinas.

De modo geral, é válido observar que os Condensadores Barométricos de Bandejas (CB) e os Condensadores Barométricos tipo Multijato (MJ) têm as seguintes funções principais: 

• Condensar o vapor;
• Remover os gases incondensáveis;
• Produzir vácuo de até 26” Hg ou 0,16 kgf/cm².

Para melhor entender e comparar a dinâmica de funcionamento dos diferentes tipos de condensadores barométricos, um conceito interessante de se ter em mente é a temperatura de aproximação ou temperatura de approach. Trata-se da diferença entre a temperatura do vapor a ser condensado e a temperatura da água quente (água que sai na perna barométrica, após a condensação do vapor).

Quanto menor o “approach”, menor a necessidade de água fria para a condensação do vapor e melhor a eficiência do equipamento. Daí a importância de sua medição e monitoramento, servindo como parâmetro importante para avaliação da eficiência de operação dos condensadores.

Agora, vamos detalhar as especificidades de cada tipo de condensador barométrico.

Condensadores Barométricos de Contracorrentes (CB) + Bomba de Vácuo

São condensadores que funcionam com o princípio de troca de calor por contato direto entre o líquido e o vapor, normalmente por meio de bandejas, onde um filme de água é formado com a intenção de aumentar a área de troca térmica.

O vapor condensado é direcionado para a coluna barométrica e os gases incondensáveis são retirados por meio de uma bomba de vácuo. 

Vale ressaltar que um grande inconveniente neste modelo é que, com problemas de desnivelamento do equipamento, empenamento das bandejas e/ou deposição de sólidos, pode haver o rompimento deste filme, reduzindo a eficiência de troca e elevando o consumo de água.

Condensadores Barométricos de co-correntes tipo Multijato (MJ)

Esses são condensadores de contato direto cuja interação entre líquido e gases é promovida por bicos injetores. Os jatos promovem função dupla:  condensação do vapor e o arraste dos gases incondensáveis, direcionando-os para a coluna barométrica.

Este condensador consome mais água que o tipo anterior porque a água usada para condensar é a mesma que serve para fazer o arraste dos incondensáveis e, portanto, não há como regular a sua vazão. Este equipamento opera melhor com cargas constantes, com baixo índice de vazamentos de ar e sem variações na temperatura da água de resfriamento, ou seja, condições que dificilmente são encontradas na prática.

Condensadores Barométricos contracorrentes e cocorrentes modificados pela Spraying Systems do Brasil

Quando existe a necessidade de aumentar a produção de açúcar, em uma usina, por exemplo, muitas vezes é comum acreditar que a restrição para produção está nos equipamentos de resfriamento e/ou estações de bombeamento, ou seja, na falta de água como fonte fria. No entanto, na maioria das vezes, a eficiência dos condensadores existentes é que provoca o gargalo.

Neste caso, é possível manter as estações de bombeamento e os equipamentos de resfriamento (tanques de aspersores ou torres de resfriamento) sem aumentar suas capacidades, otimizando os condensadores existentes, tornando-os mais eficientes.

Condensadores Barométricos Otimizados

O condensador barométrico em contracorrente permite um controle muito mais adequado do vácuo nos aparelhos, já que a redução de vazão de água interfere muito pouco na capacidade de remoção dos incondensáveis.

É uma vantagem importante em tempos de necessidade de maior automação nas plantas e de maior economia no uso da água. Mas ainda assim existem equipamentos que não operam a contento por conta de problemas de desnivelamento, empenamento das bandejas e/ou deposição de sólidos, o que resulta em uma operação com baixa eficiência. 

A Spraying Systems do Brasil desenvolveu uma solução de otimização de condensador barométrico contracorrentes substituindo as bandejas convencionais ou dispositivos complexos por bicos devidamente dimensionados que permitem o aumento da superfície de contato vapor – água e redução do “approach”.

Entre os benefícios observados com essa solução, podemos apontar:

• Diminuição do volume da água de resfriamento;

• Diminuição do “approach” ;

• Aumento de troca térmica;

• Menor custo com manutenção;

• Menor custo energético.

Condensadores Cocorrentes tipo Multijato com bicos para arraste dos incondensáveis

A Spraying Systems pode otimizar o equipamento existente substituindo os bicos convencionais por bicos de jato sólido, especificamente dimensionados para operarem em multijatos, mantendo seu perfil, com velocidades adequadas, mesmo sob baixas pressões. Este conjunto fica operando constantemente e é responsável primordialmente para promover o arraste dos incondensáveis, demandando uma vazão de água menor que o convencional.

À esquerda bico jato sólido Spraying Systems. À direita bico de jato sólido de concorrente com distribuição irregular o que denota a sua menor eficiência. Bicos isentos de turbulência podem reduzir valores de temperaturas de aproximação ou o “approach” para valores menores que 11.

Condensadores tipo Multijato Combinado

A Spraying Systems do Brasil pode alterar as dimensões do condensador cocorrentes tipo multijato existente, transformando-o num condensador tipo multijato combinado, com bicos de jato sólidos para remoção dos gases incondensáveis e jatos de cone cheio para condensação.

O condensador tipo multijato combinado tem duas alimentações de água distintas, sendo uma delas posicionada na posição média do corpo do condensador, que alimenta uma panela com bicos de jato sólidos, com velocidades adequadas mesmo sob baixas pressões. Este conjunto fica operando constantemente e é responsável primordialmente para promover o arraste dos incondensáveis e, portanto, responsável pela demanda de água menor que a usual. 

A segunda alimentação, posicionada no topo do evaporador, alimenta um ou mais bicos tipo cone cheio que pulverizam uma nuvem de gotas finas dentro da câmara do condensador. Essa infinidade de gotas geradas é responsável por promover a condensação do vapor com uma eficiência exponencialmente maior, uma vez que, ao se pulverizar as gotas na câmara, a área de contato líquido x vapor disponível aumenta nesta mesma proporção permitindo um approach na faixa de 11 °C.

Outra grande vantagem do condensador barométrico tipo multijato combinado é permitir adaptação às diferentes condições de processo e ambientais. Por ter uma alimentação de água específica para promover a condensação, a vazão de água pulverizada pode ser ajustada sob demanda, o que significa que, mediante alteração das condições, pode-se regular o equipamento para manutenção do “approach”, garantindo a eficiência do equipamento.

 Entre os benefícios da solução, destacamos:

• Diminuição do volume da água de resfriamento;

• Diminuição do “approach”;

• Manutenção de “approach” baixo ao longo da safra;

• Consequente aumento de troca térmica;

• Otimização da condensação e melhor extração de incondensáveis;

• Menor custo com manutenção;

• Menor custo energético.

Comparativo entre as soluções obtidas com as modificações de Condensadores Barométricos existentes

Na tabela, são apresentados alguns resultados comparativos das soluções de modificações dos equipamentos e os dados originais dos equipamentos existentes. Nota-se que houve redução de quase 8% no consumo de água na otimização do condensador barométrico contracorrentes e de 7,4% e de 36,3% para os multijatos com troca de bicos de jato sólido para arraste e o combinado, respectivamente.

Mais uma vez, enfatizamos aqui a importância da análise do “approach” para a avaliação da eficiência do condensador e no cálculo do consumo de água.

Importante verificar, de acordo com a tabela, que uma usina poderia ampliar sua capacidade de produção de açúcar, sem precisar ampliar o Sistema de bombeamento e resfriamento de água em até 36,3%, mediante modificações nos condensadores tipo multijatos existentes.

Além disso, é importante ressaltar que com esta solução do multijato combinado, não haveria a necessidade de utilização de bombas de vácuo. A solução do multijato combinado se aproxima muito de um condensador barométrico contracorrentes que necessita de uma bomba de vácuo. A diferença é de aproximadamente 6%, mas sem o gasto energético e operacional acarretado pela necessidade de bombas de vácuo.

Comparação entre os resultados obtidos com soluções de modificações
de Condensadores Contracorrentes e Co-correntes existentes

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