Uma usina de açúcar no norte da China enfrentou o mesmo obstáculo que paralisa muitas linhas de caldo: os trocadores de calor nas etapas de caldo bruto entupiam mais rapidamente do que a unidade conseguia limpá-los. O caldo que chegava a esses trocadores continha partículas finas de bagaço, fibras, solo de campo e areia, e a adição de leite de cal para neutralizar sua acidez acrescentava ainda mais carga sólida floculada. Em um pacote de placas com canais padrão, essa combinação resulta em uma obstrução em câmara lenta. A solução adotada pela usina foi especificar Trocadores de calor de placas de folga ampla nas duas funções de pré-aquecimento do suco e de aquecimento do suco antes da estação de evaporação — uma unidade SF123 na função de pré-aquecimento e uma unidade BR1.3 na função de aquecimento. A seguir, apresenta-se o problema tal como se manifestou, o que essas duas funções realmente enfrentavam e um relato honesto do que a alteração resolveu.
Entrar em ContatoUm padrão Trocador de Calor de Placas com Junta trocador de Calor de Placas é construído em torno de canais estreitos. O padrão em espinha de peixe mantém as placas do trocador de calor a uma curta distância uma da outra e cria os pontos de contato que mantêm o conjunto rígido, enquanto o padrão em chevron força a turbulência mesmo em baixos caudais. Em água limpa ou num produto filtrado, essa geometria é exatamente o motivo pelo qual um trocador de placas atinge um coeficiente de transferência de calor várias vezes superior ao de um trocador de calor casco e tubos, ocupando apenas uma fração da área necessária. No suco bruto, contudo, essa mesma geometria prejudica-o duas vezes.
Fibras e partículas abrasivas podem obstruir canais estreitos. Uma vez iniciados os depósitos, a obstrução acelera rapidamente.
Pontos de contato prendem fibras e incrustações, causando obstruções mais difíceis de remover.
Regiões produtoras do norte fazem com que ambos os problemas surjam mais cedo. Solos mais pesados significam maior quantidade de silte e areia transportada junto com a colheita, de modo que mais partículas abrasivas sobrevivem à extração e à peneiração e atingem os primeiros trocadores de calor. A cal adicionada para a clarificação — e o floculante à base de cálcio que ela forma — acrescentam, então, um mecanismo de incrustação química ao lado do mecanismo mecânico.
Em termos operacionais, o custo manifesta-se como tempo de inatividade, e não como um valor termodinâmico: queda de pressão crescente sessão após sessão, distribuição irregular do fluxo através do conjunto de placas, aumento de paradas não programadas para abertura da unidade, manipulação muito frequente das placas — muito além do recomendado — e danos às juntas durante a tentativa apressada de limpar uma obstrução.
Na usina de açúcar, os trocadores de calor do suco situam-se em ambos os lados da etapa de clarificação, e essas duas funções apresentam cargas muito distintas de sólidos.
A clarificação começa com a calagem: a leite de cal é dosada para elevar o pH do caldo e neutralizar sua acidez natural, precipitando uma grande parte das impurezas suspensas e dissolvidas como sais de cálcio. A clarificação e a filtração removem, então, a maior parte desse floculo juntamente com o solo, a areia e os detritos que entraram com a colheita. O pré-aquecimento e o aquecimento ocorrem em pontos distintos relativamente a essa fronteira, razão pela qual essas duas funções sofrem incrustação por motivos diferentes.
| Dever | Caldo no Trocador | Risco Dominante de Incrustação | Equipamento Nesta Usina |
|---|---|---|---|
| Pré-aquecimento do Caldo | Caldo bruto ainda contendo finos de bagaço, fibras, solo e detritos, com floculo de cal presente. | Entupimento de canais; pontes e envolvimentos de fibras nos pontos de contato das placas. | Trocador de Calor de Placas com Entreferro Amplo SF123 |
| Aquecimento do Caldo A montante da estação de evaporadores |
Suco clarificado, com limão e a maioria das impurezas já filtradas, contendo aproximadamente 25% de sólidos dissolvidos. | Sólidos finos residuais combinados com incrustações em uma superfície quente. | Trocador de Calor de Placas com Folga Ampliada BR1.3 |
A pré-aquecimento é a tarefa mais difícil das duas. Nela, o suco está no seu estado mais sujo, com a carga de sólidos que o restante da linha foi projetado para remover, e um pacote de canais padrão nessa etapa precisa ser aberto constantemente. A etapa de aquecimento é menos fibrosa, mas ainda quente, e ainda transporta os sólidos finos que inevitavelmente passam pela filtração.
Fluxograma do Processo de Produção de Açúcar
A placa de grande abertura — vendida indistintamente como placa de fluxo livre — mantém o mesmo quadro, o mesmo princípio de placa prensada e a mesma disposição de fluxo em contracorrente. O que muda é a profundidade da prensagem e o padrão. O canal entre as placas é mais profundo, e os pontos de contato no percurso do fluxo são reduzidos ou eliminados por completo. Duas consequências decorrem diretamente dessa geometria:
O canal é dimensionado para o maior sólido que o suco pode realistamente transportar. Partículas e fibras que antes causavam obstruções agora conseguem atravessar o percurso do fluxo.
Sem pontos de contato no interior do percurso do fluxo, as fibras dispõem de menos locais para se enrolarem e manterem um canal fechado, enquanto a incrustação se forma numa superfície mais lisa.
Existe um terceiro efeito digno de menção, pois os compradores perguntam sobre ele: com fluxo igual, um pacote de grande folga opera com uma queda de pressão substancialmente menor do que um pacote padrão de canais densos na mesma aplicação suja. Isso ocorre em parte devido à geometria e em parte à ausência de obstruções parciais que, silenciosamente, aumentam a resistência ao longo de uma produção contínua.
As próprias unidades têm construção convencional de placas e estrutura com juntas. Os pacotes de placas são abertos, o que é mais relevante aqui do que em aplicações limpas — quando chega o momento da manutenção, o pacote é aberto e as placas são retiradas e lavadas individualmente. A folga ampla altera a frequência com que isso ocorre, não a capacidade da instalação de realizá-lo.
• A limpeza passou a ser baseada em condições
Em vez de depender de um cronograma fixo de limpeza, a manutenção pôde ser planejada com base no estado real do trocador de calor e na tendência observada da queda de pressão.
• A obstrução deixou de ser uma preocupação operacional rotineira
O caminho de fluxo mais amplo permitiu que fibras e sólidos passassem com maior facilidade, reduzindo a tendência de depósitos se transformarem em incrustações que obstruíam o fluxo.
• A limpeza tornou-se um trabalho mecânico mais simples
O conjunto de placas podia ser aberto, as placas erguidas e lavadas, e a unidade remontada sem desmontar extensas tubulações ou remover manualmente fibras compactadas de canais estreitos.
• A manipulação de placas e juntas tornou-se menos exigente
Com menos eventos graves de obstrução, houve menor necessidade de forçar a abertura de conjuntos de placas fortemente incrustados durante a manutenção.
• A queda de pressão tornou-se um indicador operacional útil
Uma tendência estável de queda de pressão fornecia uma indicação prática de que o trocador continuava a permitir a passagem de sólidos, em vez de acumulá-los progressivamente.
Se sua usina de açúcar está enfrentando problemas de incrustação na pré-aquecimento ou aquecimento, envie-nos três itens: a análise do caldo (teor de sólidos, tamanho das partículas, nível de fibra, pH, cloretos), a demanda térmica (vazão, temperaturas de entrada e saída, queda de pressão admissível) e uma observação sobre o método de limpeza utilizado atualmente. Nossos engenheiros fornecerão uma recomendação de geometria de canal, uma área indicativa de placas e um regime de limpeza baseado em um gatilho de queda de pressão, em vez de um cronograma fixo.
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