AQUECIMENTO DE ÁGUA EM PROCESSOS INDUSTRIAIS

Quando falamos em Processos Industriais, estamos falando de mudanças que, de maneira simples e objetiva, são operações físicas, químicas ou mecânicas cuja finalidade é transformar matérias primas em produtos acabados.

Um dos insumos mais importantes nesta transformação é o vapor seja pela sua facilidade de obtenção, seja pelas suas características de manuseio. E, quando falamos em vapor, falamos de temperatura e consequentemente de aquecimento.

Com raras exceções, o vapor está presente em quase todos os processos sendo um dos insumos mais importantes e fundamentais na indústria de transformação.

Quando os processos de transformação não permitem a alteração das características dos produtos (diluição, viscosidade e emulsão), o uso do vapor para aquecimento deve ser através de Injeção Indireta (II) onde, o vapor não entra em contado com o produto processado.

Quando não existem estas limitações, pode-se usar o vapor em Injeção Direta (ID) onde o mesmo entre em contato e mistura-se com o produto final.

Vamos tratar aqui do processo mais usual que é o aquecimento de água no qual, tanto a Injeção Indireta (ID) quanto a Injeção Direta (II) podem ser aplicados sem quaisquer restrições do produto final que é Água Quente salvo se, com Injeção Direta (ID), o tratamento da água da Caldeira interferir negativamente na mistura final.

Obs.: ID = Injeção Direta e II = Injeção Indireta.

Para o aquecimento de água, temos as seguintes alternativas disponíveis:

1. Caldeira/ Gerador de Água Quente: A diferença com uma Caldeira ou Gerador de Vapor é a menor Pressão e Temperatura de operação onde, a água é mantida no estado líquido. Este equipamento só é justificável (normalmente) quando a planta não possui Caldeira de Vapor;

2. Acumulador de Água Quente (II): É um tanque isolado termicamente que aquece e armazena grandes volumes mantendo a água na temperatura requerida, ideal para alto consumo simultâneo. Normalmente é de injeção indireta com transferência de calor através de serpentina. O tempo de resposta é lento;

3. Misturadores Vapor x Água (ID): Como o próprio nome diz, misturam vapor e água fria (Injeção Direta) para gerar água quente instantaneamente. O tempo de resposta é instantâneo e, a geração é relativamente baixa. Normalmente são usados para atender pontos distintos dentro da planta;

4. Trocadores Casco x Tubo (II): A água é aquecida pelo vapor através da transferência de calor (Injeção Indireta) e, o tempo de resposta não é tão rápido quanto um Misturador de Injeção Direta. São extremamente robustos;

5. Trocadores de Placas (II): São uma evolução técnica do Trocador tipo Casco x Tubo (o que não quer dizer que o substitui em qualquer aplicação), devido ao menor tempo de resposta e maior eficiência da transferência de calor. São amplamente utilizados atualmente para a geração rápida de água quente e em grandes quantidades o que possibilita o atendimento de muitos pontos de consumos simultaneamente;

6. Trocadores de Calor Misturador (ID): O princípio é do mesmo do Misturador Vapor x Água porém, além da geração instantânea, atende altas vazões.

São muitas as opções mas, como qualquer equipamento, cada tecnologia atende aplicações ideais e apropriadas que, não serão tema neste artigo.

Nosso objetivo aqui é comparar e comentar as 2 tecnologias mais recentes que competem entre si quando a questão é o AQUECIMENTO DE ÁGUA e, atendem a grande maioria das necessidades do mercado industrial visto que as demais são para condições mais específicas ou uso mais restrito.

São elas: Trocadores de Calor de Placas & Trocadores de Calor Misturador.

(*) Depende da pressão de entrada do líquido a ser aquecido.

COMENTÁRIOS DO COMPARATIVO:

1. PRESSÃO MÍNIMA DO VAPOR:

PLACAS: Depende da temperatura requerida na água. Normalmente, entre 2 e 3 kg/cm² é suficiente e, baixa pressão em troca indireta resulta em economia energia!
MISTURADOR: Depende da pressão da entrada da água (fluído a ser aquecido).

2. CONSUMO DE VAPOR (ENERGIA):

PLACAS: Utiliza o Calor Latente contido no vapor.
MISTURADOR: Utiliza o Calor Total contido no vapor (Latente + Sensível). Isto resulta em uma economia de energia ao redor de 28% em relação ao de Placas.

3. CONDENSADO:

PLACAS: O condensado pode ser retornado e aproveitado resultando em redução do custo de geração. Para tal, normalmente é necessário bombear o mesmo devido à falta de diferencial de pressão disponível resultante do Controle da Temperatura o que exige a instalação de Bomba e Tubulação Isolada.
MISTURADOR: O vapor é condensado e aproveitado integralmente na troca com o fluído o que reduz o consumo de água fria. Com isto, eliminam-se os custos de instalação (Bombeamento, Tubulação, Manutenção) mas, aumenta o custo do tratamento da água de reposição.

4. APLICAÇÕES:

PLACAS: Somente aplicado no aquecimento de líquidos de baixa viscosidade.
MISTURADOR: Aplicado para quaisquer produtos a serem aquecidos desde que permitam diluição em água sem alterar sua composição final. Na indústria alimentícia ou de bebidas, requer vapor culinário ou sanitário.

5. TEMPO DE AQUECIMENTO:

PLACAS: Bastante rápido (é o tempo entre a entrada e a saída da água de alimentação).
MISTURADOR: Instantâneo, no ato da alimentação. Não existe nenhuma barreira na transferência entre o vapor e o líquido.

6. PRECISÃO:

PLACAS: Pode oscilar mas, dependendo da válvula de controle de temperatura, esta oscilação é admitida e aceitável.
MISTURADOR: Ultra preciso.

7. ESPAÇO FÍSICO:

PLACAS: Maior porque necessita de uma estrutura para a montagem de todos os acessórios.
MISTURADOR: Menor porque, não contém acessórios de drenagem e, o misturador é menor e mais leve do que um trocador de placas de mesma capacidade.

8. INCRUSTAÇÕES:

PLACAS: Impurezas contidas na água (sais, lama) depositam-se na superfície de das placas prejudicando a eficiência da troca térmica.

9. MANUTENÇÃO E CUSTO DE MANUTENÇÃO:

PLACAS: Decorrente das incrustações (8) o trocador necessita ser desmontado para a limpeza das placas e substituição das gaxetas. Este serviço leva algumas horas. MISTURADOR: Não há deposição de sais neste equipamento. A única peça passível de desgaste e manutenção é o tubo de Injeção cuja substituição é muito fácil e rápida.

CONCLUSÃO:

Tanto os aquecedores de injeção direta quanto os trocadores de calor indiretos desempenham papéis importantes no aquecimento industrial.

O nosso objetivo aqui é tão somente apresentar ao mercado as opções existentes e suas principais características técnicas de modo que o usuário escolha:

• Trocador de Injeção Direta se precisar de aquecimento rápido, eficiente e preciso com requisitos mínimos de espaço especialmente em linhas de processamento contínuo onde a pureza do vapor pode ser garantida;
• Trocador de Injeção Indireta quando a integridade do produto, a não diluição ou a separação de vapor forem essenciais, ou quando for necessário usar meios de aquecimento alternativos.

Em muitas instalações, estas tecnologias coexistem, cada uma sendo aplicada onde apresenta o melhor desempenho.

A escolha da solução ideal depende do seu produto, dos requisitos do processo e das prioridades operacionais.

INFORMAÇÃO E CONHECIMENTO PERMITEM ESCOLHAS MAIS ASSERTIVAS, REDUZINDO ERROS E, TRANSFORMANDO DESAFIOS EM OPORTUNIDADES!

UTILIZAR VAPOR É SIMPLES.
UTILIZAR VAPOR COM MÁXIMA EFICIÊNCIA E MENOR CUSTO É A ESPECIALIDADE DA