Comparação das tecnologias MVR, evaporação multi‑efeito e TVR (recompressão térmica de vapor)

A tecnologia MVR comprime o vapor secundário, que de outro modo precisaria ser condensado, até uma pressão mais elevada por meio de um compressor, aumentando assim sua energia interna. Isso possibilita a recirculação contínua e a reutilização dessa energia, substituindo o vapor novo. Ao consumir apenas uma quantidade mínima de energia elétrica, permite recuperar e reutilizar a considerável energia interna do vapor de baixa pressão.

Princípio do MVR

1. A energia elétrica permite que o vapor secundário gerado durante a evaporação seja comprimido e plenamente aproveitado, resultando em praticamente nenhuma perda de vapor no sistema.

2. O condensado e o concentrado são descarregados para trocar calor com a solução de alimentação.

3. O gás não condensável é submetido a troca de calor com o líquido original.

4. O motor do compressor utiliza controle de velocidade por frequência variável.

A tecnologia MVR comprime o vapor secundário, que de outro modo exigiria condensação, até uma pressão mais elevada por meio de um compressor, aumentando assim sua energia interna. Isso possibilita a recirculação contínua e a reutilização dessa energia, substituindo o vapor novo. Ao consumir apenas uma quantidade mínima de energia elétrica, permite recuperar e reutilizar a considerável energia interna do vapor de baixa pressão.

Reduzir ou eliminar a necessidade de fornecimento de vapor vivo, recuperar o vapor residual, diminuir o consumo de água de resfriamento e aumentar a eficiência do sistema.

Comparação entre as tecnologias MVR, Evaporação Multiefeito e TVR (Recompressão Térmica de Vapor)

Uma Comparação entre Três Tecnologias Utilizadas em Aparelhos de Evaporação e Destilação

A evaporação, a destilação, a cristalização por evaporação e os equipamentos de secagem por evaporação consomem todos quantidades substanciais de energia.

O consumo de energia representa uma parcela significativa dos custos operacionais desses dispositivos; portanto, reduzir e otimizar o consumo específico de energia é fundamental para diminuir os custos operacionais totais.

Atualmente, existem três principais tecnologias para minimizar o consumo específico de energia, que podem ser aplicadas isoladamente ou em combinação:

■ Evaporador de Efeito Múltiplo (MEE)

■ Tecnologia de Recompressor de Vapor Térmico (TVR)

■ Tecnologia de Recompressor Mecânico de Vapor (MVR)

1. Tecnologia de múltiplos efeitos

Em um sistema de evaporação de múltiplos efeitos, o vapor gerado no primeiro efeito, obtido pelo aquecimento com vapor novo, não é encaminhado a um condensador; ao contrário, é reutilizado como meio de aquecimento do segundo efeito. Essa abordagem pode reduzir o consumo de vapor novo em cerca de 50%. Ao estender esse princípio a efeitos adicionais, novas reduções no uso de vapor novo tornam‑se possíveis. A diferença total de temperatura entre a mais alta temperatura de aquecimento do primeiro efeito e a mais baixa temperatura de ebulição do último efeito é distribuída entre os diversos efeitos. Consequentemente, a diferença de temperatura por efeito diminui à medida que o número de efeitos aumenta. Para manter uma taxa de evaporação especificada, é necessário, portanto, ampliar a área da superfície de aquecimento. Estimativas preliminares indicam que a área total de superfície de aquecimento necessária para todos os efeitos cresce proporcionalmente ao número de efeitos; assim, enquanto as economias de vapor vão se reduzindo gradualmente, o investimento de capital aumenta substancialmente.

A Produto B Vapor residual C Concentrado D Vapor vivo

E Condensado de energia‑vapor F Condensado de vapor secundário V Perda de calor

Diagrama de fluxo de calor do evaporador de aquecimento direto de segundo efeito

2. Tecnologia de Recompressão Térmica de Vapor

Na recompressão térmica por vapor, baseada no princípio da bomba de calor, o vapor proveniente da câmara de ebulição é comprimido até uma pressão mais elevada na câmara de aquecimento, adicionando‑se assim energia ao vapor. Como a temperatura de saturação correspondente a essa pressão elevada na câmara de aquecimento é maior, o vapor pode ser reutilizado para o aquecimento. Para esse fim, empregam‑se compressores de jato de vapor. Funcionando segundo o princípio da bomba de jato, esses equipamentos não possuem peças móveis, apresentam um projeto simples porém eficaz e garantem máxima confiabilidade operacional. A utilização de um único compressor de vapor térmico proporciona os mesmos benefícios de economia de vapor e de eficiência energética que a adição de um efeito adicional ao evaporador. O funcionamento de um compressor de vapor térmico requer uma determinada quantidade de vapor novo, denominado vapor motriz. Esse vapor motriz deve ser conduzido ao próximo efeito ou descarregado para o condensador como vapor residual. A energia residual contida no vapor residual é aproximadamente equivalente à energia fornecida pelo vapor motriz.

Um produto B vapor secundário B1 vapor residual C líquido concentrado

D Vapor de potência E Condensado de vapor de potência V Perda de calor

Diagrama de fluxo de calor de um evaporador de compressão térmica a vapor

3. Tecnologia de Recompressão Mecânica do Vapor

Na recompressão mecânica de vapor, um compressor acionado mecanicamente comprime o vapor gerado no evaporador até uma pressão mais elevada. Consequentemente, o recompressor também atua como uma bomba de calor, aumentando assim o teor energético do vapor. Ao contrário das bombas de calor por compressão que utilizam um fluido de trabalho circulante — isto é, um sistema fechado operando segundo um ciclo de refrigeração —, o recompressor de vapor funciona como um sistema aberto e pode, portanto, ser considerado um tipo especial de bomba de calor por compressão. Após a compressão do vapor e a condensação do vapor aquecido resultante, o condensado sai do ciclo. O vapor de aquecimento (lado quente) e o vapor secundário (lado frio) são separados pela superfície de troca de calor do evaporador. Uma comparação entre as bombas de calor por compressão de sistema aberto e de sistema fechado revela que, no sistema aberto, a superfície do evaporador assume, em essência, a função da válvula de expansão no sistema fechado. Ao consumir apenas uma quantidade relativamente pequena de energia — ou seja, a energia mecânica do impulsor do compressor em uma bomba de calor por compressão —, a energia é transferida ao meio de aquecimento do processo e mantida dentro de um ciclo contínuo. Nessas condições, não é necessário utilizar vapor primário como meio de aquecimento.

Um produto B vapor secundário B1 vapor residual C líquido concentrado

D Energia elétrica E Condensado de vapor de potência V Perda de calor

Diagrama de fluxo de calor de um evaporador de recompressão mecânica de vapor

Em um sistema de recompressão térmica por vapor de múltiplos efeitos, o calor de condensação a ser rejeitado permanece substancial. Em uma configuração de múltiplos efeitos, com n efeitos, o calor de condensação corresponde aproximadamente a 1/n da energia primária fornecida. Além disso, o compressor a jato de vapor consegue comprimir apenas uma fração do vapor secundário, e a energia remanescente do vapor motriz deve ser dissipada sob a forma de calor residual para a água de resfriamento. Contudo, ao adotar o princípio de uma bomba de calor de compressão em ciclo aberto, é possível reduzir significativamente ou até eliminar o calor rejeitado pelo condensador. Para alcançar o equilíbrio térmico global, pode ainda ser necessária uma pequena quantidade de energia residual ou a condensação do vapor remanescente, permitindo assim uma razão de pressão constante e condições operacionais estáveis. Entre as razões para adotar a recompressão mecânica do vapor estão:

■ Baixo consumo específico de energia

■ A baixa diferença de temperatura garante uma evaporação suave do produto.

■ Devido ao uso de um evaporador de efeito único, o tempo de residência do produto é curto.

■ Processo simples e altamente prático

■ Excelentes características de operação em carga parcial

■ Baixos custos operacionais