Princípios de funcionamento - Evaporador

Os evaporadores comerciais trabalham em sua maioria, com dois princípios distintos:

1. Processo convencional: Transferência indireta de calor entre vapor e produto através de uma superfície de separação.

• A energia transferida é utilizada para evaporar a água do produto

• O lado do produto está sob vácuo para que o processo ocorra a uma temperatura baixa

• A transferência de calor e o processo de evaporação ocorre durante todo o percurso do produto dentro do evaporador

2. Processo Flash: O produto é aquecido  e  direcionado a uma câmara sob vácuo. Ocorre um resfriamento instantâneo devido á vaporização da água contida no mesmo. 

• Geralmente utilizada em produto de alta viscosidade e/ou alta elevação de temperatura de ebulição

• Em alguns casos é utilizado devido á rapidez do resfriamento - a cristalização da lactose na produção de leite condensado é controlada através deste parâmetro

• Utilizada geralmente no final do processo de evaporação.

Os processos convencionais, por sua vez podem ser classificados em:

1. Quanto a fonte de energia principal:

• TVR: Thermal Vapour Recompression (Recompressão térmica) – utiliza vapor saturado

• MVR: Mechanical Vapour Recompression (Recompressão mecânica) – utiliza energia mecânica, através das pás de um ventilador, este acionado geralmente por um motor elétrico

Os evaporadores TVR, geralmente são compostos de vários efeitos, geralmente entre 1 e 8. Quanto maior o número de efeitos, maior a economia de vapor e maior o custo do equipamento. O ponto de equilíbrio CAPEX/OPEX é função de variáveis como custo do vapor, área disponível, custo do capital, etc.

Outra característica importante dos TVR’s é a presença de um termocompressor, equipamento que utiliza o princípio de Venturi para recomprimir parte do vapor gerado e economizar energia térmica.

Os evaporadores MVR, por sua vez, através do ventilador, recomprime todo o vapor gerado pelo processo, fazendo com que a utilização de vapor vivo seja necessária somente na partida. Uma vez em regime, o consumo é reduzido drasticamente.

Frequentemente se opta por sistemas híbridos MVR+TVR, utilizando-se o melhor de cada um dos conceitos: Alta eficiência dos MVR’s com baixa taxa de recompressão, geralmente quando o produto ainda está diluído e a facilidade de se atingir altas taxas de recompressão do TVR, condição requerida, geralmente quando o produto está mais concentrado.

A escolha entre a recompressão mecânica ou térmica geralmente é feita comparando o custo do vapor e eletricidade local.

2. Quanto ao fluxo do produto durante o processo de evaporação:

• Evaporador de película descendente (Falling Film Evaporator): O produto forma uma película na parte superior da superfície de evaporação, seguindo para baixo pela ação da gravidade. O concentrado e vapor seguem para o separador onde o primeiro é retirado por bombeamento e o segundo é retirado pela parte superior do mesmo.

• Evaporador de fluxo ascendente (Rising Evaporator): O evaporador é alimentado pela parte inferior do equipamento. No topo, há o transbordamento da mistura concentrado/vapor, que seguem ao separador.

• Evaporador de recirculação forçada (Forced Circulation Evaporator): Podem ser tanto de fluxo ascendente como descendente. Diferem das anteriores pela recirculação do produto. Esta recirculação aumenta a velocidade do líquido e o coeficiente de troca térmica por consequência, diminuindo o tamanho e custo do equipamento. Por outro lado, aumenta o tempo de residência do produto, que pode trazer consequências negativas á qualidade final do mesmo.

3. Quanto a geometria da superfície de evaporação:

• Tubular: O produto é evaporado na superfície interna do tubo, utilizando-se da energia do vapor que se condensa na superfície externa.

• Placas: Similar a um trocador de calor a placas, o evaporador trabalha com o produto em um lado da placa e o vapor do outro.

Regra geral, os evaporadores a placas tendem a ser um pouco mais baratos, devido a possibilidade de produção contínua das placas e pedestais. São equipamentos mais baixos que necessitam de um prédio com pé direito menor, porém tendem a ocupar uma área maior.

Os evaporadores tubulares, por sua vez, tendem a ser mais efetivos para produtos de viscosidade maior ou que estão sujeitos a formação de grúmulos. Isto ocorre devido á melhor construção do sistema de distribuição de produto.