EvapAposPat290613

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 
Operações Unitárias II 
Evaporação 
 
Professor Paul Fernand Milcent 
Monitora Patrícia Carrano Moreira Pereira 
 
 
 
2013 
1 
 
 
Sumário 
1. Introdução .......................................................................................................................................... 2 
1.1. Fontes de energia .................................................................................................................... 2 
1.2. Evaporação ≠ Secagem .......................................................................................................... 2 
1.3. Evaporação ≠ Destilação ........................................................................................................ 2 
1.4. Evaporação ≠ Cristalização .................................................................................................... 3 
2. Evaporadores .................................................................................................................................... 3 
2.1. Simples Efeito ........................................................................................................................... 4 
2.2. Múltiplo efeito ............................................................................................................................ 4 
2.3. Compressão mecânica ............................................................................................................ 8 
2.4. Compressão térmica ................................................................................................................ 8 
2.5. Múltiplos efeitos de expansão ................................................................................................ 9 
2.6. Bomba de calor ...................................................................................................................... 10 
3. Evaporação ...................................................................................................................................... 11 
3.1. Pressão na câmara de evaporação..................................................................................... 11 
3.2. Pressão na câmara de condensação .................................................................................. 12 
3.3. Projeto do Equipamento ........................................................................................................ 13 
3.4. Perfil da temperatura ............................................................................................................. 14 
3.5. Influência da perda de carga no projeto ............................................................................. 15 
3.6. Tipo de Solução ...................................................................................................................... 16 
3.6.1. Regra de Duhring .......................................................................................................... 17 
3.6.2. Ábaco do Perry .............................................................................................................. 18 
3.7. Calor de dissolução ............................................................................................................... 19 
4. Cálculo do evaporador ................................................................................................................... 20 
3.7. Equipamentos ......................................................................................................................... 31 
3.7.1. Evaporador de uma passagem ................................................................................... 31 
3.7.2. Recirculação ................................................................................................................... 31 
3.7.3. Evaporação solar ........................................................................................................... 32 
3.7.4. Combustão Submersa .................................................................................................. 32 
3.7.5. Circulação natural .......................................................................................................... 32 
3.7.6. Circulação Forçada ....................................................................................................... 33 
3.7.7. Evaporador de Filme Ascendente ............................................................................... 33 
3.7.8. Evaporador de Filme Descendente ............................................................................ 34 
3.7.9. Filme Agitado ................................................................................................................. 34 
4. Exercícios propostos ...................................................................................................................... 35 
2 
 
 
1. Introdução 
A evaporação é uma operação unitária que tem por finalidade concentrar 
soluções constituídas de solventes voláteis e solutos considerados não-voláteis 
através da evaporação parcial do solvente. 
Como os solutos são considerados não voláteis, no equilíbrio a fase 
gasosa ou o evaporado só contém solvente, ou seja, a fração de solvente no 
evaporado é de 100% ( ysolvente=1; ysoluto=0). Porém, na fase líquida, que é a 
solução a ser concentrada, há frações tanto de soluto quanto de solvente 
(xsolvente e xsoluto). 
 
1.1. Fontes de energia 
Vapor d’agua Combustão 
 -Eólica 
Energia elétrica (resistências) -Hidroelétrica 
 -Solar 
 -Nuclear 
 
1.2. Evaporação ≠ Secagem 
Na evaporação, ao término da operação, é obtido um produto líquido 
concentrado, já na secagem tem-se um produto sólido. 
1.3. Evaporação ≠ Destilação 
Diferente da evaporação, na destilação o soluto pode ser volátil, assim a 
fração de solvente na corrente gasosa não é de 100%. 
3 
 
1.4. Evaporação ≠ Cristalização 
A cristalização pode ser feita de duas maneiras, uma delas é alterando a 
temperatura da solução para diminuir a solubilidade do sólido dissolvido, a 
outra é evaporando o solvente até que a solução chegue ao ponto de 
saturação e os cristais comecem a se formar. 
Quando se utiliza o segundo método, a evaporação e a cristalização são 
basicamente o mesmo processo, mas diferem na finalidade da operação. Na 
cristalização, evapora-se o solvente até que a solução fique saturada e, 
consequentemente, o soluto cristalize, enquanto na evaporação ocorre apenas 
a concentração da solução sem que se atinja o ponto de saturação. 
2. Evaporadores 
 
Os evaporadores podem operar de várias maneiras, são elas: 
 
 -Simples Efeito 
 -Múltiplo Efeito 
Operação -Por Compressão - Mecânica 
 - Térmica 
 -Múltiplos Efeitos de Expansão 
 -Bomba de Calor 
 
4 
 
2.1. Simples Efeito 
 
Figura 1 - Esquema de evaporador de simples efeito 
A evaporação por simples efeito é um processo em que se utiliza apenas 
um evaporador. É importante no entendimento dos equipamentos de 
evaporação, mas na prática não é muito usado por gastar muita energia. 
 
2.2. Múltiplo efeito 
 
A evaporação por múltiplos efeitos é um processo em que há a 
associação de vários evaporadores, neste sistema o evaporado de um efeito é 
utilizado como fluido de aquecimento no próximo efeito, como mostrado na 
Figura 2. Esta configuração não resulta em uma produção maior que o simples 
efeito, sua vantagem é a economia de energia. 
 
Figura 2 - Esquema de evaporador de múltiplo efeito5 
 
As pressões são diferentes em cada efeito (P1>P2>PN), pois é 
necessário que a solução entre em ebulição a temperaturas cada vez menores, 
já que o fluido de aquecimento será o evaporado proveniente do efeito anterior, 
ou seja, se a pressão for a mesma, o vapor estará a mesma temperatura de 
ebulição da solução e não haverá troca de calor. Com essa diferença de 
pressão T1>T2>TN. 
O sistema de alimentação dos efeitos poder ter quatro configurações 
diferentes: 
 Cocorrente 
 
Figura 3 - Esquema de evaporador de múltiplo efeito em cocorrente 
 Dessa maneira, o evaporado e a solução concentrada seguem no 
mesmo sentido (Figura 3). Assim, no efeito em que a temperatura é maior, a 
concentração da solução será a menor, sendo uma boa forma de alimentar 
soluções termosensíveis. Da mesma forma, no efeito em que a temperatura é a 
menor, a concentração é a maior, sendo uma forma ruim de alimentar soluções 
viscosas. 
 
 
 
6 
 
 Contracorrente 
 
Figura 4 - Esquema de evaporador de múltiplo efeito em contracorrente 
 
 Ao contrário da alimentação em cocorrente, a alimentação em 
contracorrente é feita de forma que o evaporado segue em um sentido e a 
solução segue no sentido contrário (Figura 4). Assim, essa forma de 
alimentação é ruim para soluções termosensíveis e boa para soluções 
viscosas. 
 Porém, esse arranjo traz outro problema, a solução segue no sentido da 
menor para a maior pressão, ou seja, o escoamento não ocorrerá 
naturalmente, sendo necessário utilizar muitas bombas para que ele aconteça. 
 Misto 
 
Figura 5 - Esquema de evaporador de múltiplo efeito misto 
7 
 
Essa configuração corrige o problema da alimentação em contracorrente. 
Nela a alimentação da solução diluída é feita em um estágio do meio da linha e 
a solução segue para os efeitos posteriores e depois volta para os iniciais. 
Dessa forma é necessário um menor numero de bombas, mas o arranjo 
continua atendendo bem a soluções de alta viscosidade. 
 Cruzado 
 
Na alimentação cruzada, a solução diluída é alimentada em todos os 
estágios e a solução concentrada também é retirada de todos eles, já o 
evaporado segue para os estágios sequenciais. 
As grandes vantagens dessa configuração são: é possível concentrar 
varias soluções diferentes ao mesmo tempo ou, se utilizada para a 
cristalização, evita a quebra dos cristais que ocorreria caso a solução ficasse 
passando de um estagio para outro. 
Figura 6 - Esquema de evaporador de múltiplo efeito cruzado 
8 
 
2.3. Compressão mecânica 
 
Figura 7 - Esquema de evaporador por compressão mecânica 
 Nesse tipo de evaporador, o evaporado é aproveitado no trocador de 
calor, mas como a entalpia do evaporado é um pouco menor que a do vapor 
vivo, é utilizado um compressor. Esse compressor fornece a energia 
necessária para ajustar a entalpia do evaporado. 
2.4. Compressão térmica 
 
Figura 8 - Esquema de evaporador por compressão térmica 
 
Segue o mesmo princípio do evaporador por compressão mecânica, 
mas ao invés de um compressor, utiliza-se um ejetor a jato de vapor d’água. 
Um ejetor a jato de vapor d’água funciona da seguinte maneira: 
9 
 
 
Figura 9 - Esquema de ejetor a jato de vapor d'água 
 No bocal do fluido motriz: como há estrangulamento do fluido motriz 
(vapor), a velocidade aumenta e, pela equação de Bernoulli, a pressão vai 
diminuir. 
 Na caixa de mistura: evaporado é aspirado pela baixa pressão e é 
misturado com o vapor. 
 No difusor: há uma abertura e então a velocidade diminui e a pressão 
aumenta, fornecendo então ao evaporado a energia necessária. 
2.5. Múltiplos efeitos de expansão 
F
Sn
1 2 N
W
 
Figura 10 - Esquema de evaporador de múltiplos efeitos de expansão 
 Nesse tipo de evaporador, a alimentação é pré aquecida em trocadores 
de calor em que o fluido de aquecimento é o evaporado de cada estágio, 
depois ela passa por outro trocador de calor onde é aquecida por vapor vivo. 
10 
 
Após aquecida, a alimentação passa antes de cada efeito por uma válvula de 
expansão que causa o flasheamento da solução, cada efeito então separa um 
pouco de evaporado. 
2.6. Bomba de calor 
 
 
Figura 11 - Esquema de bomba de calor 
Em uma bomba de calor existem basicamente quatro componentes: 
Compressor, condensador, dispositivo de expansão e evaporador. 
O fluido refrigerante na forma de líquido saturado passa pela válvula de 
expansão, onde é submetido a uma queda de pressão brusca e passa a ter 
dois estados, o líquido e o gasoso. O fluido refrigerante, nesse ponto, é 
denominado de flash gás. Então o fluido é conduzido pelo evaporador, onde 
absorverá calor do ar do evaporador, vaporizando-se. 
Na saída do evaporador, na forma de gás ele é succionado pelo 
compressor, que eleva sua pressão e sua temperatura para que possa ser 
conduzido através do condensador, que cederá calor ao ambiente externo, 
condensando o fluido e completando o ciclo. 
 
 
11 
 
3. Evaporação 
Pode-se representar um equipamento de evaporação, de maneira 
simplificada, como uma câmara de condensação e uma câmara de 
evaporação. Assim, como há duas câmaras separadas, a pressão em cada 
uma das câmaras pode ser diferente (Figura 12). 
 
Figura 12- Representação simplificada de um evaporador 
A Equação 1 é a equação que relaciona a área de troca do evaporador 
com o coeficiente global de troca térmica e a diferença de temperatura. 
 (1) 
Em que ΔT é a diferença entre a temperatura de condensação e a 
temperatura de evaporação e é função de 
 Pressão na câmara de evaporação 
 Pressão na câmara de condensação 
 Tipo de solução 
 Projeto do equipamento 
 
3.1. Pressão na câmara de evaporação 
Em geral, é comum que a pressão na câmara de evaporação seja menor 
que a pressão atmosférica (vácuo), pois quanto maior a pressão, menor a 
temperatura de evaporação e, consequentemente, maior a diferença de 
temperatura ΔT. 
12 
 
Então, analisando a Equação 1, temos que 
 
Ou 
 
Se a área diminui, o custo com o equipamento também diminui e se a 
taxa de transferência de calor aumenta, a capacidade (vazão de evaporado) 
também aumenta. 
 
3.2. Pressão na câmara de condensação 
Da mesma forma, a fim de se ter um ΔT maior, geralmente a pressão na 
câmara de condensação é mais elevada. Porém, a medida que essa pressão 
aumenta, a entalpia do vapor saturado diminui e é necessário mais vapor para 
o aquecimento, além disso as paredes do equipamento precisam ter uma 
espessura maior, aumentando os custos. Dessa forma não é viável operar com 
uma pressão muito elevada, deve-se encontrar um ponto de equilíbrio 
(normalmente utiliza-se vapor saturado a 4 ata). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
13 
 
3.3. Projeto do Equipamento 
 Ex: Evaporador padrão de tubos verticais 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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. 
Figura 13 - Esquema de evaporador padrão de tubos verticais 
Figura 14 - Esquema de trocador de calor do evaporador 
14 
 
É considerado de circulação natural, pois a circulação da solução 
acontece exclusivamente devido à convecção natural. 
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. 
3.4. Perfil da temperaturaFigura 15 - Representação da variação da temperatura com a 
profundidade no trocador de calor do evaporador 
 
Pode-se dizer que enquanto a solução está descendo a temperatura não 
muda, mas a pressão vai aumentando e a ebulição não vai mais ocorrendo. A 
solução sobe pelos tubos de menor diâmetro e vai se aquecendo e enquanto 
ela sobe a pressão vai diminuindo e começa a ebulição. 
Para cálculos de transferência a temperatura do topo não é utilizada, 
mas sim a do sistema, que é uma temperatura média ( ). 
 (2) 
 
15 
 
Então, na prática, o ΔT é menor que o teórico, pois o Tevap ( ) é menor 
que o esperado Ttopo. 
 
3.5. Influência da perda de carga no projeto 
 
Ex: Múltiplo efeito 
 
Figura 16 - Representação simplificada de evaporador de múltiplo efeito 
 
P1 é a pressão na câmara do efeito anterior 
P2 é a pressão no condensador do efeito posterior 
 
Se não houver perda de carga P1 é igual a P2, mas se houver P2 é 
maior que P1. Se P2 for menor, a temperatura de saturação também será e, 
consequentemente, o vapor usado no efeito posterior estará a uma 
temperatura menor, diminuindo o ΔT do sistema. Por isso, são usados tubos de 
maior diâmetro para conduzir o evaporado a fim de evitar ao máximo a perda 
de carga. 
16 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.6. Tipo de Solução 
A mudança da fase líquida para a fase vapor ocorre na pressão de vapor 
(Pv). A água pura na temperatura de 100°C apresenta Pv=760mmHg, já uma 
solução aquosa de NaOH 60% na temperatura de 100°C apresenta 
Pv=30,1mmHg. Então, é possível perceber que a água, em presença de um 
soluto, apresenta um abaixamento da pressão de vapor. 
Para que a solução aquosa de NaOH tenha a mesma pressão de vapor 
da agua pura (Pv= 760mmHg), esta deve estar a uma temperatura de 167°C. A 
esse aumento na temperatura, dá-se o nome de elevação do ponto de ebulição 
(e.p.e.) e ele pode ser determinado pela regra de Duhring. 
Os maiores e.p.e. são observados quando o soluto é composto de 
moléculas pequenas e iônicas, podendo chegar a 80°C, quando a molécula é 
muito grande e/ou orgânica o e.p.e. é muito baixo chegando a ser desprezível. 
Quando a solução apresenta e.p.e., o evaporado retirado do equipamento é um 
vapor superaquecido. 
Figura 17 - Diagrama de Pressão versus Temperatura do vapor 
17 
 
 
3.6.1. Regra de Duhring 
 Consiste em traçar um gráfico representando a variação da temperatura 
de ebulição do solvente puro com a temperatura de ebulição da solução, 
obtendo retas com dois pontos experimentais para cada concentração da 
solução. 
 
Figura 18 - Diagrama de Duhring 
 
18 
 
Exemplo: Qual o e.p.e. de uma solução de NaOH 60% quando a 
temperatura de ebulição do solvente puro é de 95°C? Utilizar o Diagrama de 
Duhring da Figura 18. (Resposta: TEsolução=160°C; e.p.e.=65°C) 
 
 
3.6.2. Ábaco do Perry 
Além desse diagrama, o PERRY também traz um ábaco no qual é 
possível encontrar o e.p.e. para diversas substâncias. 
 
 
 
Figura 19 - Ábaco do Perry para determinação do e.p.e de soluções 
19 
 
O ábaco da Figura 19 é lido da seguinte forma: 
 Encontrar na escala à direita a temperatura da solução em °F 
 Traçar uma reta deste ponto até o ponto correspondente à 
substância 
 Prolongar esta reta até o anteparo no lado esquerdo do ábaco 
 A partir do ponto marcado no anteparo, traçar uma reta até a 
porcentagem correspondente 
 Prolongar esta reta até a escala à direita, a reta tocará no ponto 
correspondente ao ponto de ebulição da solução. 
 
3.7. Calor de dissolução 
Se o calor de dissolução for apreciável, é necessário considerá-lo no 
balanço de energia. Estes valores de entalpia podem ser encontrados em 
diagramas de Entalpia x Concentração, em que cada curva representa uma 
temperatura diferente, e eles são específicos para cada solução. 
A Figura 20 apresenta um diagrama Entalpia x Concentração para 
soluções aquosas de NaOH. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 20 - Diagrama de entalpia versus concentração 
20 
 
4. Cálculo do evaporador 
Tópicos gerais para cálculo de um equipamento 
 Balanço material 
 Balanço energético (Entálpico) 
 Condições de equilíbrio 
 Propriedades termodinâmicas 
 Velocidades de transferência 
 Dimensionamento 
 
- Trocador de calor Para qualquer x, y é sempre igual a 1 
- Câmara de separação P = Psat = f (T, x) 
S, hs, xs
E, he
W
hg
F, hF, xf
hf
 
Figura 21 - Esquema de evaporador de simples efeito 
F, E, W, S Vazões mássicas [kg/h] 
hF, he, hs Entalpias [kcal/kg] 
hg Entalpia do vapor saturado [kcal/kg] 
hf Entalpia do liquido saturado [kcal/kg] 
q Fluxo de calor [kcal/h] 
A Área de troca térmica [m²] 
U Coeficiente global de troca térmica [kcal/h.m².°C] 
x Concentração de sólidos (base úmida) [kgsoluto/kgsolução] 
21 
 
 Balanço material 
Global: 
 (3) 
Soluto: 
 (4) 
 Balanço Entálpico 
 (5) 
 (6) 
 (7) 
 
 
OU 
 (8) 
 (9) 
 
 U Pode ser fornecido ou estimado 
 (10) 
 Considerações termodinâmicas 
Sem mudança de fase: 
 (11) 
A pressão constante: 
 (12) 
 
 
22 
 
Na referência : 
 
 
 
 
 
 (13) 
 
 Para misturas 
o Pode-se desprezar o calor de mistura quando há pouca interação 
entre as moléculas 
 Moléculas grandes (orgânicas) interagem pouco 
 Moléculas pequenas (inorgânicas e iônicas) interagem 
muito 
 
 função linear por não ter efeito 
de mistura 
 
 
 
 
 
23 
 
Conhecendo-se Cp para uma concentração, interpola-se para encontrar 
Cp em outras concentrações. 
Interpolando: 
 
 (14) 
 Atenção! Se houver elevação 
do ponto de ebulição, o vapor de água que sai na corrente de evaporado 
sairá superaquecido, então haverá um incremento na entalpia da 
corrente E que antes era considerada como a entalpia do vapor saturado 
retirada da tabela de vapor. Essa diferença na entalpia pode ser 
observada no gráfico da Figura 22. 
 
Figura 22 - Diagrama de Temperatura versus entalpia da água 
 
Na Figura 22, observa-se os pontos B, C e D marcados sobre a curva 
que representa uma pressão constante e igual para todos, em que B 
representa a entalpia do líquido saturado (hf), C representa a entalpia do vapor 
saturado (hg) e D representa a entalpia do vapor superaquecido que, para os 
24 
 
casos em que há elevação do ponto de ebulição, é a entalpia da corrente E 
(hE). 
 
Assim, para calcular o valor de hE utiliza-se: 
 
Ou 
 (15) 
Uma boa simplificação, que traz bons resultados, é considerar: 
 
 Economia 
 (16) 
 
o Economia do múltiplo efeito 
 
1ª Hipótese 
 (17) 
 (18) 
 (19)2ª Hipótese 
 (20) 
 (21) 
 (22) 
25 
 
Tabela de vapor 
Tabela de vapor 
Então, 
 
Como 
 
 (23) 
À medida que o número de estágios aumenta a economia também 
aumenta o que justifica a associação de evaporadores. 
 
Exemplo Resolvido 1 
Uma solução aquosa de um colóide orgânico deve ser concentrada de 
10% até 40% em um evaporador simples na vazão de 15000kg/h. O vapor de 
aquecimento é vapor de água saturado a 2ata e abandona a câmara de 
condensação na temperatura de condensação. Na câmara de evaporação 
mantém-se uma pressão absoluta de 150mmHg. O calor de dissolução, de 
diluição e as perdas de calor ao exterior são desprezadas. O coeficiente 
integral de transmissão de calor vale 2000kcal/h.m².°C e a capacidade 
calorífica a pressão constante da alimentação é 0,9kcal/kg.°C. A solução pode 
entrar no evaporador a 20°C, 50°C ou 80°C. Determine para cada uma das 
condições de entrada o consumo de vapor vivo, a superfície necessária de 
troca térmica e a economia do processo. 
F=15000kg/h; xF=0,10; xS=0,40 
 
Vapor saturado P= 2ata 
 
 
Pcâmara= 150mmHg = 0,197ata 
T = 119,6°C 
hf = 120,3kcal/kg 
hg = 645,9kcal/kg 
TE = 60°C 
hE = 623,2kcal/kg 
 
26 
 
Balanço material: 
 
 
 
 
 
 
 
Balanço entálpico: 
 
 
Para alimentação a 20°C 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
27 
 
 
Para alimentação a 50°C 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Para alimentação a 80°C 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
28 
 
 
 
Economia do processo: 
 
 
 
 
Exemplo Resolvido 2 
Em um evaporador simples processamos 15000kg/h de uma solução de 
NaOH de 10% a 50% em peso. O vapor empregado é vapor saturado a 3,5ata 
e uma vez condensado sai na temperatura de condensação. O vácuo mantido 
na câmara de evaporação é de 620mmHg referido a pressão atmosférica 
normal. O coeficiente integral de transmissão de calor vale 1600kcal/h.m²°C. 
Se a alimentação entra a 40°C e não se perde calor ao sistema, determinar o 
consumo horário de vapor de aquecimento, a superfície de aquecimento e a 
economia. 
 
 
 
 
 
 
 
Balanço Soluto 
 
 
29 
 
 
Balanço Global 
 
 
 
Balanço Entálpico 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Como a entalpia de dissolução é apreciável 
 
 
 
 
 
 
Tabela de 
 Vapor 
 
TW=138°C 
hf =139 kcal/kg 
hg =652 kcal/kg 
Tabela de 
 Vapor 
Tsat=59°C 
hg =623 kcal/kg 
Para o solvente puro! 
 
Tsat=59°C 
hg =623 kcal/kg 
Diagrama de 
 Duhring 
TS=103°C 
40°C 
Xf = 0,1 
 Diagrama 
 h x X 
hF=35 kcal/kg hf 
103°C 
Xf = 0,5 
 Diagrama 
 h x X 
hS=134 kcal/kg hf 
30 
 
 
Como há epe, E é superaquecido 
 
 
 
Substituindo os valores no balanço de energia 
 
Assim 
 
 
 
 
Economia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
31 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.7. Equipamentos 
 
 Podem ser classificados de acordo com o tipo de aquecimento ou de 
operação. 
 
Operação 
 
3.7.1. Evaporador de uma passagem 
 
F S
E
 
Figura 23 - Esquema de evaporador de uma passagem 
O tempo de permanência é muito pequeno, resultando em um 
rendimento baixo. 
Comumente usado quando se tem um material orgânico que pode sofrer 
degradação se exposto a altas temperaturas por muito tempo. 
3.7.2. Recirculação 
F S
E
 
Figura 24 - Esquema de evaporador de recirculação 
O tempo de permanência da solução no evaporador é alto, não podendo 
ser usado para materiais que sofram degradação a altas temperaturas 
Uma passagem 
Recirculação 
32 
 
 
 
 
 
 Direto 
 
 
Aquecimento 
 
 
 Indireto 
 
 
 
 
3.7.3. Evaporação solar 
Como o próprio nome sugere, a solução é exposta ao sol para que haja 
a evaporação do solvente. 
3.7.4. Combustão Submersa 
Faz-se a alimentação de combustível e comburente em um tanque 
submerso, então se faz uma faísca e a chama resultante dessa combustão 
aquece o fluido. 
3.7.5. Circulação natural 
A construção do equipamento permite que a circulação ocorra 
naturalmente, resultado das correntes convectivas. 
 
 
 
 
 
Evaporação Solar 
Combustão Submersa 
Circulação Natural 
Circulação Forçada 
 
Tipo Filme 
 
Filme agitado 
Ascendente 
Descendente 
33 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.7.6. Circulação Forçada 
 Utiliza uma bomba para fazer a circulação da solução a ser concentrada, 
é comumente usada para fluidos viscosos ou corrosivos. 
 
 
E
S
F
W
W
 
Figura 26 - Esquema de evaporador de circulação forçada 
 
 
3.7.7. Evaporador de Filme Ascendente 
Os evaporadores de filme ascendente são do tipo casco e tubos, nos 
quais o produto circula pelos tubos e o vapor pelo casco, aquecendo as 
paredes externas dos mesmos. O solvente evapora no interior dos tubos e 
esse vapor arrasta a solução que, desse modo, ascende. 
Figura 25 - Esquema de evaporador de circulação natural 
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Com a velocidade do vapor, as bolhas coalescem e a solução forma um 
filme fino na parede dos tubos que facilita a troca térmica. 
 
Figura 27 - Esquema de evaporador de filme ascendente 
3.7.8. Evaporador de Filme Descendente 
É semelhante ao evaporador de filme ascendente, mas nesse caso a 
alimentação é feita no topo e a solução desce por efeito da gravidade. 
 
3.7.9. Filme Agitado 
Possui uma camisa de aquecimento por onde passa vapor vivo e pás 
giratórias que auxiliam na formação do filme para fluidos muito viscosos. 
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Figura 28 - Esquema de evaporador de filme agitado 
4. Exercícios propostos 
1. Em um evaporador simples se concentram 20000kg/h de uma solução 
de 10% a 50% em peso. O vapor de aquecimento é vapor saturado a 
1,6ata e na câmara de evaporação se mantém uma pressão absoluta de 
450mmHg. Para a solução de 50% o e.p.e é de 10°C e a capacidade 
calorifica a pressão constante da solução diluída é 0,85kcal/kg°C. 
Considerando desprezíveis os efeitos térmicos de diluição e dissolução, 
determine o consumo horário de vapor e a superfície de aquecimento 
necessária. A solução entra no evaporador a 25°C e U=1800kcal/m²h°C. 
(Resposta: W=18620kg/h; A=326m²) 
 
2. Uma solução de NaOH é concentrada de 8% a 25% em peso em um 
evaporador simples. A alimentação é de 3000kg/h. Antes da solução 
entrar no evaporador, ela é aquecida em um trocador de calor até 70°C 
empregando como meio de aquecimento o condensado que sai da 
câmara de condensação. Para o aquecimento do evaporador é 
empregado vapor saturado a 108°C, mantendo-se a câmara de 
evaporação na pressão absoluta de 90mmHg. Determine o coeficiente 
integral de transmissão de calor sabendo que a superfície de 
aquecimento é de 20m². (Resposta: W=2120kg/h; U=1180kcal/hm²°C)