2 AULA formas operar

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Aula 2 : 
Tipos de evaporadores por: Formas de operar, 
Tipos de alimentação: contracorrente, cocorrente, mista , 
paralelo - configuração de escoamento
Evaporação
Podem ser classificados de acordo com :
 forma de operar, 
Forma de alimentar
 fluido de aquecimento, 
 tipo de aquecimento
Podem ser classificados de acordo com :
 forma de operar  Simples efeito ou Multiplos efeitos
 Por compressão térmica
 Por compressão mecânica
Forma de alimentar
 fluido de aquecimento
 tipo de aquecimento, 
Evaporação de Simples Efeito
• Este é o processo onde se utiliza somente 1 evaporador, o vapor procedente
do líquido em ebulição é condensado e descartado. Este método recebe o
nome de evaporação. Na prática pouco usado pois gasta muita energia.
• Analise será feita considerando a concentração de uma solução
Evaporação de Multiplos Efeitos
• O vapor procedente de um dos evaporadores é utilizado como alimentação
no elemento aquecedor de um segundo evaporador, e o vapor procedente
deste é condensado, essa operação recebe o nome de duplo efeito. Ao
utilizar uma série de evaporadores o processo recebe o nome de
evaporação de múltiplo efeito.
• Evaporador do Triplo-Efeito para 
o sulfato de cobre , o fosfato de sódio, 
e a solução do citrato de sódio
Multiplos Efeitos
Os evaporadores de múltiplo efeito, são a sequencia de dois ou mais
evaporadores de um efeito. A grande vantagem desta formação é a
economia de vapor gasto por kg de solvente evaporado da solução. As
ligações nos evaporadores de múltiplo efeito, são feitas de modo que o
vapor produzido em um efeito do evaporador, serve como meio de
aquecimento para o seguinte efeito e assim sucessivamente até o último
efeito.
Cada efeito age como um simples efeito. O calor liberado pelo vapor de
aquecimento usado no primeiro evaporador, é usado para o aquecimento da
solução no segundo efeito e assim sucessivamente até o último efeito do
sistema. O esquema a seguir, ilustra um evaporador conjugado de três
efeitos (alimentação direta, evaporadores de tubos curtos verticais).
Evaporação de Multiplos Efeitos
Cond
Cond Cond Cond Cond
Podem ser classificados de acordo com :
 tipo de aquecimento, 
 forma de operar, 
 fluido de aquecimento, ......
Forma de operar : 
 Simples efeito ou Multiplos efeitos
 Por compressão térmica
 Por compressão mecânica
• Recompressão mecânica de vapor: 
termodinamicamente, esta é a técnica mais
eficiente para evaporar água. Neste
processo, o vapor é conduzido e comprimido
mecanicamente, dessa forma o vapor em
alta pressão é utilizado como meio de
aquecimento para realizar a evaporação da
própria água residual.
Economicamente - ????
• Recompressão térmica do vapor – uso 
de um ejetor 
O ejetor funciona como uma válvula redutora 
de pressão e é aplicável quando há grande 
disponibilidade de vapor a alta pressão e 
escassez de vapor de baixa pressão.
Podem ser classificados de acordo com :
forma de operar, 
Forma de alimentar  Direta , Inversa , paralela ou mista 
fluido de aquecimento, ......
tipo de aquecimento, 
Formas de alimentação
De acordo com a forma de alimentação 
Evaporadores de múltiplos efeitos divide-se em:
1. Fluxo no mesmo sentido - alimentação direta 
Neste caso os fluxos de alimentação e do vapor seguem o mesmo sentido.
Esta forma de operar exige bombas para a corrente de alimentação e descarga do liquido 
no ultimo estágio.
• A pressão no 1º estagio é normalmente próxima a atmosférica e vai sendo reduzida 
em cada uma dos próximos estágios, por isto a transferência entre eles não exige 
bomba.
• Então : P1 > P2 > P3 >......> Pn
Bomba
W E1
En-1
Fluxo no mesmo sentido
• Usado para soluções termosensíveis, pois não recomendado para
soluções muito viscosas.
• Vantagem não precisar de bomba entre efeitos, a solução mais
concentrada está sujeita a temperatura mais baixa (bom para
impedir decomposição de substancias organicas) porem pode ser
ruim para solução viscosa.
• Desvantagem de efetuar todo aquecimento da carga no 1º efeito, e
a quantidade de vapor gerada é menor e consequentemente a
economia é baixa.
2. Fluxo em contra corrente 
Neste caso os fluxos de alimentação e do vapor seguem sentidos contrários. Para
funcionar é preciso bombas entre as unidades evaporadoras e no ultimo estágio,
pois a solução segue no sentido de maior pressão.
A alimentação pode ser feita a frio pois ela entra no ultimo estágio onde a pressão
e temperatura são menores. À medida que a solução se concentra, ocorre o
aumento da temperatura e da viscosidade , fazendo com que seja mais fácil a
circulação da solução.
Então : P1 > P2 > P3 >......> Pn
T1>T2>T3
Fluxo em contra corrente
Usa-se este arranjo quando o soluto não sofre degradação térmica 
e para soluções viscosas. Consome-se menos vapor que o caso 
anterior. 
Vantagem a faixa de viscosidade diminui, pois a solução vaporiza a 
temperaturas cada vez mais altas porem é problema com 
compostos orgânicos que se decompõe . 
Desvantagem – uso de maior numero de bombas.
3. Fluxo em Paralelo
Neste caso a alimentação (solução diluída) é feita de forma paralela em
todas as unidades simultâneas e a solução concentrada é retirada em cada
estágio , porém o evaporado segue sequencialmente para o próximo
estagio para troca de calor.
Esta configuração é usada quando a solução se cristaliza e deseja-se evitar
a quebra do cristal pela passagem da solução de um estagio para o outro.
Exige bombas de alimentação e de descarga em cada estágio.
Exemplo de uso: concentração de solução de cloreto de sódio.
4. Fluxo misto ou cruzado
Podem trabalhar de diversas formas , dependendo do caso. Recomendado
após balanço térmico detalhado para verificar se é vantagem de operar nesta
forma. O exemplo abaixo mostra a alimentação sendo feita em um estagio
intermediário ,seguindo para os estágios finais e depois voltando para os
iniciais .
Normalmente exigem menor numero de bombas e é recomendado para casos 
de soluções de alta viscosidade.
Para ter melhor desempenho global, usa-se o fluxo misto.
Outro tipo de fluxo misto -
Podem ser classificados de acordo com :
forma de operar, 
Forma de alimentar 
fluido de aquecimento  elétrica , vapor , água quente e 
gases de combustão.
tipo de aquecimento, 
Podem ser classificados de acordo com :
forma de operar, 
Forma de alimentar 
fluido de aquecimento 
tipo de aquecimento  direto ou indireto
Por aquecimento :
1. Direto 
– Evaporação Solar
– Combustão Submersa
2. Indireto
– Circulação Natural
– Circulação Forçada
– Tipo Filme
• Ascendente
• Descendente
– Filme agitado
• Evaporação solar
Como o próprio nome sugere, a
solução é exposta ao sol para que
haja a evaporação do solvente.
Lagoas de evaporação natural.
Principio de funcionamento :
Depende da combinação da energia solar e vento para evaporar naturalmente
a água.
Problemas :
Muito lento;
Ocupa grande espaço;
Requer movimentação de grande área de terra e impermeabilização do fundo;
Problemas de odor
Faz uso de gases de combustão borbulhando através do líquido como meio de transferência de 
calor. Consiste simplesmente num tanque para armazenar o líquido, um queimador, um 
distribuidor de gás que pode ser inserido no líquido e um sistema de controle de combustão. 
Uma vez que não existe nenhuma superfície de aquecimento, este evaporador é adequado para 
uso com líquidos em grande escala. A facilidade de construção do tanque com um queimador 
de ligas especiais ou materiais não metálicos torna prático o manuseio de soluções altamentecorrosivas. No entanto, como o vapor é misturado com uma grande quantidade de gases não 
condensáveis, é impossível reutilizar o calor deste vapor.
Combustão Submersa 
processamento de materiais viscosos e 
de fluidos corrosivos
Por aquecimento :
1. Direto 
– Evaporação Solar
– Combustão Submersa
2. Indireto
– Circulação Natural
– Circulação Forçada
– Filme agitado
– Tipo Filme
• Ascendente
• Descendente
Evaporadores de circulação natural 
A parte do trocador de calor funciona como um trocador de calor de casco e tubos
em que o vapor vivo passa pelo casco e a solução passa pelos tubos.
A construção do equipamento permite que a circulação ocorra naturalmente,
resultado das correntes convectivas.
A solução que vai sendo aquecida, sobe pelos tubos de menor diâmetro, enquanto
no tubo central de maior diâmetro (50-100% maior que os outros), como o fluido
está mais distante da parede e portanto com temperatura menor, a solução desce.
Fluxo descendente - a solução
está descendo a temperatura não
muda, mas a pressão vai
aumentando e a ebulição não vai
mais ocorrendo.
Fluxo ascendente - a solução sobe
pelos tubos de menor diâmetro e
vai se aquecendo e enquanto ela
sobe a pressão vai diminuindo e
começa a ebulição.
Evaporadores de circulação forçada
• Utiliza uma bomba para fazer a circulação da solução a ser concentrada, é
comumente usada para fluidos viscosos ou corrosivos.
• A utilização de uma bomba para assegurar a circulação pela superfície de
aquecimento torna possível a separação das funções de transferência de
calor, separação vapor-líquido e cristalização.
• A circulação é mantida independentemente da taxa de evaporação, de
modo que este tipo de evaporador é bem adequado para a operação de
cristalização, em que os sólidos devem ser mantidos em suspensão.
• O vapor só é formado quando o liquido entra na camara de vaporização.
Trabalha com velocidades altas, por isto precisa de chicanas anti- respingos
para minimizar arraste.
• Normalmente procura-se impedir a evaporação nos tubos para evitar
deposição de solidos, isto pode ser obtida colocando o evaporador fora da
camara de evaporação .
Para definir o uso de circulação forçada 
deve-se levar em conta o custo:
- evaporador menor (maior velocidade , 
menor tamanho) X custo bomba.
- manutenção bomba X limpeza dos 
tubos do evaporador
- operação da bomba
Circulação forçada – aquecedor vertical
• Devido à elevada carga
hidrostática da parte
superior dos tubos ,
qualquer possibilidade de
ebulição do líquido é
desprezada.
• O líquido que entra no
evaporador se evapora
instantâneamente, devido à
diferença de pressão entre
a parte interior e exterior do
tubo.
Circulação forçada – aquecedor horizontal
Vantagens e Desvantagens – Perry
Circulação Forçada
Vantagens
 Elevada transferencia de calor
Circulação controlada
 Baixa inscrustação no aquecedor
Desvantangens
Custo elevado
 Potencia necessaria para a bomba
de circulação
 Tempo de retenção ou de 
residência relativamente elevado
Melhores aplicações
Produtos Cristalinos
Soluções corrosivas
Soluções viscosas
Dificuldades:
Entupimento da entrada dos tubos por
depósito de sal despreendido das 
paredes do equipamento,
Circulação ruim provocada por perdas
térmicas maiores que as esperadas ,
Precipitação de sal nos tubos , 
provocada por ebulição
Corrosão - erosão
Por aquecimento :
1. Direto 
– Evaporação Solar
– Combustão Submersa
2. Indireto
– Circulação Natural
– Circulação Forçada
– Filme agitado
– Tipo Filme
• Ascendente
• Descendente
• Filme Agitado
Utilizam uma superfície de aquecimento que consiste de um tubo de
grande diâmetro que pode ser reto ou cônico, horizontal ou vertical. O
líquido é espalhado sobre a parede do tubo por um conjunto de lâminas
rotativas que mantém uma folga estreita a partir da parede ou realmente
formam uma película de líquido na parede.
A construção dispendiosa limita a aplicação para
a maioria dos materiais. Alta agitação e poder
permitem o manuseio de materiais extremamente
viscosos. Tempos de residência de apenas
alguns segundos permitem a concentração de
materiais sensíveis ao calor. Altas vazões de
alimentação podem ser manuseadas sem
recirculação.
Considerações econômicas e de
processo geralmente ditam que
evaporadores de filme agitado sejam
operados em simples efeito.
Diferenças de temperatura muito altas
podem então ser utilizadas: muitos são
aquecidos com fluidos térmicos.
Isto permite atingir capacidades
razoáveis, apesar de os coeficientes de
transferência de calor relativamente
baixos e a superfície pequena, que pode
ser fornecida num único tubo.
Por aquecimento :
1. Direto 
– Evaporação Solar
– Combustão Submersa
2. Indireto
– Circulação Natural
– Circulação Forçada
– Filme agitado
– Tipo Filme
• Ascendente
• Descendente