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Mayara Wicke dos Santos Rosa e Robson Teixeira de Souza
OTIMIZAÇÃO DO PROCESSO DE SECAGEM CONTENDO UMA BOMBA DE
VÁCUO DE ANEL LÍQUIDO: Um estudo de caso
Duque de Caxias
Dezembro de 2017
Mayara Wicke dos Santos Rosa e Robson Teixeira de Souza
OTIMIZAÇÃO DO PROCESSO DE SECAGEM CONTENDO UMA BOMBA DE
VÁCUO DE ANEL LÍQUIDO: Um estudo de caso
Trabalho de Conclusão de Curso, TCC,
apresentado ao Curso de Bacharel em En-
genharia Química da UNIGRANRIO como
parte dos requisitos para a obtenção do
grau de Engenheiro Químico.
Orientador: Prof. MSc. Leonardo F. Tunala.
Coorientadora: Prof. DSc Márcia de Melo
Dórea
Duque de Caxias
Dezembro de 2017
Mayara Wicke dos Santos Rosa e Robson Teixeira de Souza
OTIMIZAÇÃO DO PROCESSO DE SECAGEM CONTENDO UMA BOMBA DE VÁCUO DE
ANEL LÍQUIDO: Um estudo de caso/ Mayara Wicke dos Santos Rosa e Robson Teixeira de
Souza. – Duque de Caxias, Dezembro de 2017-
31 p. : il. (algumas color.) ; 30 cm.
Orientador: Prof. MSc. Leonardo F. Tunala.
–
, Dezembro de 2017.
IMPORTANTE: ESSE É APENAS UM TEXTO DE EXEMPLO DE FICHA CATALOGRÁFICA.
VOCÊ DEVERÁ SOLICITAR UMA FICHA CATALOGRÁFICA PARA SEU TRABALHO NA
BILBIOTECA DA SUA INSTITUIÇÃO (OU DEPARTAMENTO).
Elaborado por Mayara Wicke dos Santos Rosa e Robson Teixeira de 
Souza 
 
OTIMIZAÇÃO DO PROCESSO DE SECAGEM DE UMA BOMBA DE VÁCUO 
DE ANEL LÍQUIDO: Um estudo de caso 
 
Trabalho de Conclusão de Curso, TCC, 
apresentado ao Curso de Bacharel em 
Engenharia Química da UNIGRANRIO 
como parte dos requisitos para a 
obtenção do grau de Engenheiro 
Químico. 
 
Este trabalho de Graduação foi aprovado com grau: Engenheiro Químico 
Duque de Caxias, dezembro de 2017 
___________________________________________________________ 
Prof. MSc. Leonardo Fernandes Tunala – Orientador 
Universidade do Grande Rio 
_________________________________________________________ 
Prof. DSc Márcia de Melo Dórea 
Universidade do Grande Rio 
_______________________________________________________ 
Profª. DSc Luciano Freitas 
Universidade do Grande Rio 
 
Duque de Caxias, RJ 
Dezembro de 2017 
Dedico este trabalho a Deus, pois, é o sentido de minha vida, é ele quem
governa e ilumina os meus caminhos.
Agradecimentos
Ao Prof. Leonardo F. Tunala, meu orientador, pela sua atenção durante a pre-
paração do trabalho; ao grupo de professores da Unigranrio que através de suas
experiências souberam acrescentar nosso conhecimento.
A minha família, amigos e amigas que apoiaram durante toda essa caminhada,
agradeço pela paciência e compreensão nos momentos difíceis que passei durante a
graduação.
“Há uma força motriz mais poderosa que o
vapor, a eletricidade e a energia atômica: a
vontade.”
Albert Einstein
Resumo
O estudo baseou-se em uma situação real ocorrida em uma indústria farmoquí-
mica que produz insumos farmacêuticos de vários segmentos. O presente trabalho
é um estudo de caso, no qual tem como objetivo analisar, estudar e propor soluções
no processo de secagem contendo uma bomba de vácuo de anel líquido, onde o modo
em que foi instalado a bomba de vácuo e os parâmetros de controle vem ocasionando
danos ao sistema como: perdas no trocadores de calor, gastos excessivos de água,
energia elétrica, contaminaçao e perda do material provenientes de um tempo mais ele-
vado para a secagem dos produtos, interferindo diretamente no rendimento do processo
esperado. Sem as manutenções corretivas, a bomba funciona de modo precário dimi-
nuindo a eficiência do vácuo gerado para o processo. No estudo foram avaliados todos
os equipamento ligados ao sistema, que auxiliam na secagem de produtos sólidos
em secadores específicos. A empresa enfrenta problemas justamente por não haver
parâmetros de controle e instalações adequado para sua utilização. Realizando as
soluções propostas, as interferências que prejudicam o funcionamento do sistema se
tornaria nulas e se talvez ocorrer, seja uma coisa mais controlada fazendo o sistema
ser mais estável e com uma eficiência melhor.
Palavras-chave: Bomba de vácuo de anel líquido, controle de parâmetros, danos,
vácuo, secagem, indústria farmoquímica.
Abstract
The study was based on an actual situation in a pharmaceutical industry that
produces pharmaceutical inputs from various segments. The present work is a case
study, in which it aims to analyze, study and propose solutions in the drying process
containing a liquid ring vacuum pump, where the mode in which the vacuum pump was
installed and the control parameters comes resulting in damages to the system such as:
losses in heat exchangers, excessive water expenses, electrical energy, contamination
and loss of material from a higher time to dry the products, directly interfering with the
expected process yield. Without corrective maintenance, the pump operates precariously
reducing the efficiency of the vacuum generated for the process. In the study, all
equipment connected to the system were evaluated, which aid in the drying of solid
products in specific dryers. The company faces problems precisely because there are no
control parameters and adequate facilities for its use. By making the proposed solutions,
the interferences that hinder the functioning of the system would become null and if
perhaps occur, be a more controlled thing making the system be more stable and with a
better efficiency.
Key words: Liquid ring vacuum pump, parameter control, damage, vacuum,
drying, pharmaceutical industry.
Lista de ilustrações
Figura 1 – Secador estático (estufa) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Figura 2 – Secador Rotativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Figura 3 – Vista em corte da bomba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Figura 4 – “Bomba de mudança de marchas” da Siemens-Schuckert-Werke . . 20
Figura 5 – Formação do anel de fluido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Figura 6 – Implementação do princípio do congestionamento . . . . . . . . . . 21
Figura 7 – Esquema de evaporador a placas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Figura 8 – Exemplo de trocadores de calor a placas . . . . . . . . . . . . . . . 23
Figura 9 – Sistema primário gerador de vácuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Figura 10 – Sistema secundário gerador de vácuo . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Lista de tabelas
Tabela 1 – Classificação de vácuo por pressões e Nº de moléculas . . . . . . 14
Tabela 2 – Tensões correspondentes a diferentes temperatura da água. . . . . 22
Lista de abreviaturas e siglas
ANVISA Agência Nacional da Vigilância Sanitária
API Application Programming Interface
ASHRAE American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engine-
ers
°C Graus Célsius
IFA Insumo Farmacêutico Ativo
LTC Load Tap Changer
LTDA Limitada
OMS Organização Mundial da Saúde
Sumário
1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.1 Justificativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2.1 Objetivo geral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2.2 Objetivo específico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2 Revisão Bibliográfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1 Vácuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2 Pressão de Vapor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3 Processo de Secagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3.1 Definição . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3.2 Secagem a Vácuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3.3 Secadores Específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4 Bombas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.4.1 Definição . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.4.2 Tipos de Bombas . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.4.3 Bombas de Vácuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.4.4 Bombas de Vácuo Anel Líquido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.5 Trocador de Calor de Placas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3 Metodologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.1 Estudo de Caso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.2 Sistema Atual de Produção de Vácuo . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.3 Propostas de Melhorias no Sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4 Conclusão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
5 Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
13
1 Introdução
1.1 Justificativa
O sistema observado contém uma bomba de vácuo de anel líquido, onde gera
um custo elevado com manutenções não programadas. Além do custo com manutenção,
ainda temos a baixa eficiência evidenciada no processo, junto com um consumo de
energia e água excessivo, acarretando prejuízo e demora no tempo de secagem dos
insumos IFA’s. Por isso o estudo é importante para ter uma proposta de modo a
aperfeiçoar este sistema para que o tempo de secagem possa ser reduzido, perdas
durante o processo, consumos excessivos e o risco de contaminação cruzada sejam
eliminados.
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo geral
O trabalho tem como objetivo apresentar otimizações para um processo de
secagem, aumentando a eficiência e diminuindo danos no sistema de uma indústria
farmoquímica.
1.2.2 Objetivo específico
Para se alcançar o objetivo geral alguns objetivos específicos foram determina-
dos:
• Estudar o processo de secagem que utiliza a bomba de vácuo de anel líquido.
• Avaliar o comportamento das propriedades físicas do líquido de selo da bomba.
• Avaliar a influência dos parâmetros de controle no sistema.
• Avaliar e testar em qual temperatura a bomba de vácuo de anel líquido terá sua
maior eficiência.
• Propor parâmetros ideais obtendo um processo estável para que não ocorra
danos, gastos extras e diminuir o risco de contaminação dos IFA’s em secagem.
14
2 Revisão Bibliográfica
2.1 Vácuo
A relação de densidade de partículas existentes no ar a pressões e temperaturas
normais é o que determina o vácuo, ou seja, o vácuo aumenta quando a densidade
de um determinado sistema é diminuída e a pressão exercida no meio é diretamente
proporcional a densidade do meio, sendo assim não utilizamos a densidade para
medirmos o vácuo e sim a pressão. A classificação do vácuo é dada como: primário,
alto, muito alto e ultra alto (MOUTINHO,1980).
Tabela 1 – Classificação de vácuo por pressões e Nº de moléculas
Mbar Kgf/cm2 N° de Moleculas por cm2
103 Pressão Atmosférica 1,01972 2 x 1019
102 Vácuo 1,01972 x 10-1 2 x 1018
10 Vácuo 1,01972 x 10-2 2 x 1017
1 Vácuo 1,01972 x 10-3 2 x 1016
10-1 Vácuo Primário 1,01972 x 10-4 2 x 1015
10-2 Vácuo Primário 1,01972 x 10-5 2 x 1014
10-3 Vácuo Primário 1,01972 x 10-6 2 x 1013
10-4 Vácuo alto 1,01972 x 10-7 2 x 1012
10-5 Vácuo alto 1,01972 x 10-8 2 x 1011
10-6 Vácuo alto 1,01972 x 10-9 2 x 1010
10-7
Vácuo Muito Alto
1,01972 x 10-10 2 x 109
10-8
Vácuo Muito Alto
1,01972 x 10-11 2 x 108
Capítulo 2. Revisão Bibliográfica 15
Mbar Kgf/cm2
N° de Moleculas por
cm2
10-9
Vácuo Muito Alto
1,01972 x 10-12 2 x 107
10-10 Ultra Vácuo 1,01972 x 10-13 2 x 106
10-11 Ultra Vácuo 1,01972 x 10-14 2 x 105
10-12 Ultra Vácuo 1,01972 x 10-15 2 x 104
10-13 Ultra Vácuo 1,01972 x 10-16 2 x 103
10-14 Ultra Vácuo 1,01972 x 10-17 2 x 102
10-15 Ultra Vácuo 1,01972 x 10-18 20
Fonte: MOUTINHO (1980).
2.2 Pressão de Vapor
A pressão de vapor é determinada quando o vapor de uma substância exerce
uma pressão sobre o líquido da mesma substância e quando essas duas fases entram
em equilíbrio termodinâmico (ATKINS,2008).
A pressão de vapor é uma maneira de medir a volatilidade da substância.
Substâncias com alta pressão de vapor são mais voláteis, enquanto as de baixa
pressão de vapor são substâncias pouco voláteis (ATKINS,2008).
2.3 Processo de Secagem
2.3.1 Definição
De acordo com BRACKADDLER E NEDDERMAN (2004), a transferência de
massa que ocorre na retirada de umidade e outros solventes de um sólido ou semi-
sólido é definido como operação unitária de secagem.
2.3.2 Secagem a Vácuo
Segundo Busch Bombas e Sistemas a Vácuo, a secagem a vácuo é mais rápida,
mais suave e energeticamente mais eficiente do que a secagem térmica. Esse tipo de
secagem e mais indicada para indústrias químicas, farmacêuticos, alimentares e outras
aplicações, onde o excesso de calor destrói ou degrada o produto.
Capítulo 2. Revisão Bibliográfica 16
2.3.3 Secadores Específicos
Os secadores a vácuo são equipamentos utilizados para a secagem de produtos
(IFA’s) a baixa temperatura, sem oxigênio e com possibilidade de recuperação dos sol-
ventes. Materias-primas, drogas, substâncias ativas com finalidade para medicamentos
são chamados de insumos IFA’s (ANVISA, 2016).
Existem várias categorias de secadores, um deles são os estáticos, onde os
produtos são secos em bandejas colocadas sobre serpentinas aquecidas com vapor
(Figura 1).
Figura 1 – Secador estático (estufa)
Fonte: (http://www.sctpharma.com, 2017)
Outro tipo sao os rotativos que podem ser de diversos modelos, o produto vai
diretamente dentro do equipamento onde fica em movimento, este pode ser duplo cone
ou movimentado por hélice, pás ou outros (Figura 2).
Capítulo 2. Revisão Bibliográfica 17
Figura 2 – Secador Rotativo
Fonte: (http://sdl-centrifuge.com, 2017)
2.4 Bombas
2.4.1 Definição
A realização do deslocamento do líquido de um lado para o outro é a principal
finalidade de uma bomba. Sendo uma máquina geratriz, ela transforma o trabalho
mecânico recebido de uma fonte motora em energia, que é comunicado ao líquido sob
as formas de energia de pressão e cinética. Alguns autores chamam-nas de
máquinas operatrizes hidráulicas, porque realizam um trabalho útil específico ao
deslocarem um líquido (BRASIL, 2010).
2.4.2 Tipos de Bombas
Segundo BRASIL (2010), baseado em “Hydraulic Institute”, as classificações das
bombas se dá pela maneira que é realizada a transformação do trabalho em energia
hidráulica podendo ser divididas em dois grandes grupos:
• Bombas Volumétricas (Hidrostáticas), ou de Deslocamento Positivo
Capítulo 2. Revisão Bibliográfica 18
Em cada rotação e ciclo é determinada uma quantidade de fluido. A movimenta-
ção do líquido e realizada pela ação do órgão de impulsão da bomba que obriga o fluido
a executar o mesmo movimento a que está sujeito este impulsor (êmbolo, engrenagens,
lóbulos, palhetas). São definidas volumétricas, pois, o fluido comporta-se de modo
variável, ocupa e desocupa espaços no interior da bomba, com volumes conhecidos,
sendo que o movimento geral deste fluído dá-se na mesma direção das forças a ele
transmitidas, por isso a chamamos de deslocamento positivo (HARRIS, 2005).
• Bombas Hidrodinâmicas (Turbobombas)
Seu deslocamento é conhecido como não positivo, pois, a única resistência apre-
sentada se dá pelo peso e atrito do fluido, cuja finalidade é transferir os fluidos (HARRIS,
2005).
2.4.3 Bombas de Vácuo
As bombas de Vácuo podem ser classificadas como:
• Bombas de deslocamento de gás, que retira os gases do sistema expelindo-os
para atmosfera.
• Bombas de fixação que retêm os gases dentro da própria bomba.
As primeiras se dividem em bombas que trabalham a partir da atmosfera (bom-
bas rotatória) e as segundas são bombas que trabalham a pressões sub atmosféricas
e que requerem a ligação de uma bomba de vácuo primário para remover os gases
para atmosfera (bombas “roots” e bombas de vapor) (MOUTINHO, 1980).
2.4.4 Bombas de Vácuo Anel Líquido
De acordo com NASH (2009), o principal conjunto de funcionamento da bomba são
seus componentes internos.(Figura 3).
A água de selagem é introduzida através da lateral e cone. A mistura da água
do selo mais o gás comprimido sai pela descarga da bomba. Algumas etapas de
funcionamentoocorrem porque a linha de centro do corpo é excêntrica em relação
ao eixo do rotor. O movimento da água de selagem, sendo girada dentro da bomba,
funciona como um compressor para o gás, agindo como um selo e evitando o vazamento
de gás para a atmosfera (NASH, 2009).
Capítulo 2. Revisão Bibliográfica 19
Figura 3 – Vista em corte da bomba
Fonte: Nash,2009.
As bombas de vácuo de anel líquido são um dos projetos de compressores
mais utilizados para a realização de processos de engenharia em vácuo grosseiro. Isto
é baseado no princípio básico atual da “bomba de impulsor” da Siemens-Schuckert-
Werke (Figura 4). A implementação deste princípio levou a criação de uma bomba
simples e robusta. A diferença entre as bombas de vácuo de anel líquido e outras dis-
poníveis no mercado são as questões de condicionamento por um lado, as respectivas
áreas de aplicação e por outro lado, a capacidade de sucção necessária, requisitos de
energia, que são reduzidos por uma correção dos processos de engenharia, que são
exigências mais elevadas dos sistemas de vácuo.
Capítulo 2. Revisão Bibliográfica 20
Figura 4 – “Bomba de mudança de marchas” da Siemens-Schuckert-Werke
Fonte: Pierre Ha¨ hre, 2001
Se esta carcaça for preenchida com um fluido adequado mais ou menos na
altura do eixo e o rotor, as forças centrífugas atuantes são formadas como resultado de
uma velocidade de rotação suficientemente alta de fluido uniforme na parede do vaso.
O meio gasoso restante na carcaça é distribuído em torno do impulsor devido à menor
densidade na região do cubo.
O eixo de rotação do impulsor é então deslocado radialmente no vaso, esta é
a primeira aproximação sem qualquer influência na formação do anel do líquido. No
entanto, o espaço disponível entre o meio líquido e o cubo para o meio gasoso assume
uma forma de foice. Através das lâminas, este espaço em forma de foice é dividido
várias vezes na direção circunferencial (Figura 5).
Figura 5 – Formação do anel de fluido
Fonte: Pierre Ha¨ hre, 2001
Se como ponto de referência, o início da lâmina for selecionada entre duas
lâminas, pode ser observada durante a rotação do impulsor, que a superfície do fluido
Capítulo 2. Revisão Bibliográfica 21
escorre inicialmente através do cubo do impulsor, como mostrado na Figura 6. Além
do movimento rotativo, longe do ponto de observação, pode-se ver um movimento
de pistão, pelo qual o espaço entre duas lâminas e a superfície do líquido é primeiro
ampliado e depois reduzido de novo.
Figura 6 – Implementação do princípio do congestionamento
Fonte: Pierre Ha¨ hre, 2001
Se tiver uma abertura, o volume pode ser preenchido por um meio menos denso.
Uma abertura análoga na área do volume reduzido da célula, possibilita empurrá-lo
para fora. Falamos aqui das aberturas de sucção e pressão, ou das aberturas de
trabalho.
Em contraste com outros compressores, a máquina de anel de fluido tem um
pistão de líquido. Assim, com o aumento da compressão entre duas palhetas, a pressão
no anel de fluido também aumenta. A energia necessária para o aumento de pressão é
alimentada ao fluxo do anel através das lâminas. O fluxo do anel, fornece energia para
o gás e para superação das perdas de atrito. Com a crescente diferença de pressão
entre as aberturas de trabalho, exigem cada vez mais energia para o aumento de
pressão do líquido e a compressão do gás.
Se a energia aplicada, é coberta pela conversão da energia móvel do anel de
fluido, o resultado é a redução na velocidade do fluxo e um aumento no anel de fluido.
Da mesma forma, um aumento de pressão devido à mídia cervical. Em compa-
ração com outros compressores, isso resulta em uma dependência mais acentuada do
volume de sucção a ser produzida, no fluxo de anel usado e na diferença de pressão a
ser alcançada.
As bombas de anel líquido são seladas por água e geralmente são utilizadas
para fazer o pré-vácuo de ejetores de vapor e outras bombas, cujo seu objetivo é a
grande evaporação de água (MOUTINHO,1980).
Segundo FILHO (2013), a água do selo é utilizada para vedar as aberturas entre
o rotor e o cabeçote de comando, além de remover as fibras arrastadas na aspiração.
Porém, esta água não serve somente como agente de vedação, mas também como um
Capítulo 2. Revisão Bibliográfica 22
sistema de refrigeração, com uma alimentação contínua, permitindo melhor pressão
final.
As pressões mínimas são limitadas pela tensão de vapor de água à temperatura
de funcionamento da bomba (Tabela 2).
Tabela 2 – Tensões correspondentes a diferentes temperatura da água.
Tensão de vapor de água
Temperatura °C 0 5 10 15 20 40 100
Pressão (mbar) 6,1 8,7 12,3 17,1 23,3 73,7 1013
Fonte: MOUTINHO (1980).
A água deve ficar acerca de uma temperatura ambiente, com pH neutro, sem
partículas abrasivas. Ela não deve exceder aos 30°C, pois, quanto maior a temperatura,
maior será a pressão que os vapores exercerão na câmara, diminuindo o espaço
destinado ao ar (NASH, 2009).
2.5 Trocador de Calor de Placas
Na maioria dos processos químicos, a temperatura de uma corrente de fluido
deve ser alterada. Isto pode ser feito através da passagem do líquido em um trocador
de calor, no qual entra em contato térmico(mas normalmente não em modo físico direto)
com algum outro fluido com temperatura diferente.
De acordo com BRASIL (2010), um trocador de calor ou permutador de calor
são equipamentos de vários tipos e configurações onde ocorre transferência de energia
sob a forma de calor entre duas ou mais massas de fluido que podem ou não estar em
contato direto.
O trocador de placas é composto por placas que formam canais por onde o
fluido refrigerado e o refrigerante escoam como na Figura 7 ( ASHRAE, 2004).
Capítulo 2. Revisão Bibliográfica 23
Figura 7 – Esquema de evaporador a placas
Fonte: Adaptado de Stoecker, 2002
Esses trocadores sao bastante compactos(Figura 8) e eficiente(ASHRAE, 2004).
Figura 8 – Exemplo de trocadores de calor a placas
Fonte:(www.apiheattransfer.com, 2017)
24
3 Metodologia
Procedeu-se uma investigação, conhecendo por completo todo o processo e
teve como objetivo avaliar o que estava ocasionando tantas perdas e gastos desneces-
sários na operação do sistema.
Devido sua baixa eficiência, estudou-se uma metodologia por acompanhamento
em uma indústria farmoquímica.
3.1 Estudo de Caso
O sistema foi requerido para atender a necessidade de uma empresa para o
processo de secagem de insumos farmacêuticos ativos (IFA).
A Nortec Química é uma indústria do ramo farmoquímico. Está presente no
mercado nacional há 30 anos. O grupo mantém uma planta de Indústria Farmacêutica
de Medicamentos de Marca (referência), genéricos e similares e para os Sistemas
de Saúde Pública do Brasil, e para Doenças Negligenciadas assim conceituadas pela
Organização Mundial de Saúde (OMS). Contabiliza o desenvolvimento e a fabricação
de IFA (Insumos Farmacêuticos Ativos) na sua grande maioria tem como: solvente
etanol, acetona, hexano, tolueno e outros todos com tecnologia própria (NORTEC,
2013).
Esse sistema foi projetado e instalado por engenheiros da área. Durante pleno
funcionamento verificaram-se eventuais e sistemáticos problemas de aumento de
consumo de água, trocas constantes de trocadores de calor e baixo rendimento de
processo impactando diretamente nos custos da empresa.
Para sanar esses problemas serão apresentados alguns itens nos tópicos a
seguir.
3.2 Sistema Atual de Produção de Vácuo
O sistema de secagem é integrado com uma bomba de vácuo de anel líquido,
que gera o vácuo necessário para o processo (Figura 9).
Ao ligar o sistema, a Bomba de Vácuo (1) aspira o ar de dentro dos secadores
específicos e juntamente com a água do selo do anel é transferida para o tanque
de alimentação e de recirculação do selo (2). Esse tanque possui uma entrada para
reposição de água, atuando na diluição do sistema, para que não fiquem concentrados
solventes provenientes da secagem, evitando que o sistema fique mais volátil e ao
mesmo tempo, recebe a água de retorno do sistema usado no selo, onde fica instalado
o termostato(5). O tanque possui um “ladrão” que mantém o nível de água adequado
Capítulo 3. Metodologia 25
para a selagem da bomba e possui um “vent” para liberar os gases aspirados. Tem um
bypass, que divide o fluxo do líquido para manutenção da bomba centrifuga. A água sai
do tanque de alimentação e recirculação e entra na sucção de uma bomba centrífuga
(3), transferindo motricidade ao líquido até um trocador de calor de placa (4), reduzindo o
calor devido à compressão, ao atrito e à condensação do líquido auxiliar antes que ele
seja reintroduzido na bomba, pois normalmente a temperatura da água dentro da bomba
aumenta mais ou menos 6°C. Ainda no trocador de calor, há um recebimento da água
de refrigeração, que é controlada através do sinal recebido pelo termostato. Através
de um conversor, o sinal recebido pelo termostato é transformado de térmico em sinal
pneumático por um controlador analógico (7), que irá modular através de uma válvula
pneumática (6), controlando a entrada de água gelada no trocador de calor.
Figura 9 – Sistema primário gerador de vácuo
Como a entrada de água gelada no trocador de calor é controlado pelo termos-
tato, acontece um atraso e um erro na informação recebida pela válvula pneumática,
pois o tanque de reposição e recirculação tem um somatório de vazões de líquidos com
temperaturas diferentes, isto faz com que a medição da temperatura que é enviada
ao controlador, abra mais a válvula da água de refrigeração, sem necessidade, o que
ocorre a formação de cristais de gelo nas paredes do trocador, transformando em uma
Capítulo 3. Metodologia 26
reação em cadeia, congelando o trocador, impedindo a passagem do líquido de refrige-
ração, danificando o equipamento pela expansão da água. A bomba de vácuo deixa de
receber líquido de selagem, o vácuo diminui, perdendo sua eficiência, a temperatura
do selo atinge valores maiores que 50°C inviabilizando o sistema de vácuo e causando
talvez uma perda do material ou contaminação do produto, por conta de não haver
mais vácuo e o sistema ficar de modo inverso.
3.3 Propostas de Melhorias no Sistema
É essencial para a eficácia da bomba que o líquido auxiliar seja mantido frio,
sem materiais particulados e com menos solventes possíveis. Para isso foram propostas
algumas alterações neste sistema alterando o mínimo possível visando o custo e
benefício.
Foram adicionadas duas válvulas de retenção (9), onde impede que o líquido do
selo entre no sistema tanto com a bomba parada, quanto para manter o vácuo no
sistema. Na linha auxiliar da bomba, instalou-se um filtro tipo Y (10), para evitar que
partículas sólidas em suspensão no líquido possam ser centrifugados pelo anel, o
que poderia ocasionar o desgaste prematuro nas partes internas da bomba. Instalou-
se um tanque de condensado resfriado com serpentina (8), para conter os gases dos
solventes provenientes da secagem. Foi adicionado uma válvula solenoide (11), para
controlar o fluxo do líquido automaticamente, interrompendo ou abrindo o sistema de
água gelada.
O fluxo de líquido fresco, pode ser regulado de modo a conseguir-se máximo au-
mento de temperatura do anel líquido, sem afetar o nível do vácuo. Isto poder ser
obtido automaticamente usando-se o sensor de temperatura (5) na saída do trocador
de calor (4), onde permite ter uma leitura mais precisa da temperatura, evitando que
o controlador analógico (7) envie um sinal para a válvula pneumática (6), abrindo a
alimentação de resfriamento no trocador de calor (4), evitando que ele congele e ao
mesmo tempo fazendo com que a temperatura seja mais controlada, mantendo o fluxo
adequado garantindo a operação da bomba com uma redução 50% do consumo de
água em função da tensão de vapor, pressão e temperatura.
Capítulo 3. Metodologia 27
Figura 10 – Sistema secundário gerador de vácuo
28
4 Conclusão
O desenvolvimento do estudo possibilitou uma análise mais crítica para otimi-
zação de um processo de secagem contendo uma bomba de vácuo de anel líquido,
sabendo que o sistema instalado anteriormente havia muitos problemas em sua insta-
lação. A sua nova formação possibilitou de uma maneira mais econômica, que fosse
extraído o maior ganho possível do sistema. Observou-se que a mudança do posici-
onamento do sensor de temperatura, garantiu a prevenção de danos aos trocadores
de calor, reduzindo o fluxo de água e consumo de energia em cerca de 50% a menos,
a temperatura ideal para um bom rendimento do processo ficou na margem de 5°C
15°C, sem haver congelamento e perda. Com isso também obtivemos vácuo com
pressões menores, melhorando o processo de secagem.
29
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	Folha de rosto
	Folha de aprovação
	Dedicatória
	Agradecimentos
	Epígrafe
	Resumo
	Abstract
	Lista de ilustrações
	Lista de tabelas
	Lista de abreviaturas e siglas
	SumárioIntrodução
	Justificativa
	Objetivos
	Objetivo geral
	Objetivo específico
	Revisão Bibliográfica 
	Vácuo
	Pressão de Vapor
	Processo de Secagem
	Definição
	Secagem a Vácuo
	Secadores Específicos
	Bombas
	Definição
	Tipos de Bombas
	Bombas de Vácuo
	Bombas de Vácuo Anel Líquido
	Trocador de Calor de Placas
	Metodologia
	Estudo de Caso
	Sistema Atual de Produção de Vácuo
	Propostas de Melhorias no Sistema 
	Conclusão
	Bibliografia