Limpeza Química: Inovações evitam danos aos evaporadores

Novos conceitos e inovações evitam danos aos evaporadores

O sistema de limpeza química para evaporadores de caldo de cana de açúcar ainda é visto por muitos usuários como uma opção que coloca sob risco a vida útil desses equipamentos. No entanto, novos conceitos e inovações estão sendo apresentados nesta operação.

A indústria sucroenergética vem inovando a cada dia.

Desde os tempos dos engenhos muita mudança, inovação e tecnologia vêm sendo aplicadas e empenhadas neste setor, que constitui uma das grandes matrizes energéticas do país.

A maioria dos processos de transformação físico-químicos, dentre eles as indústrias de alimentos, farmacêuticos, petroquímicos e outros, utilizam equipamentos de concentração e/ou troca de calor, que necessitam passar por etapas de limpeza ou regeneração.

No entanto, cada um dos diversos segmentos industriais existentes possui suas particularidades, gerando um tipo de sujidade ou de incrustação nestes equipamentos, fazendo com que a operação de remover estes “resíduos” nem sempre alcance o sucesso desejado.

Essa peculiaridade muitas vezes está ligada ao material e ao layout em que é construído o equipamento a ser limpo, o tipo de material que é depositado nas incrustações (orgânico ou inorgânico), o sistema de limpeza aplicado e a solução química utilizada como agente removedor.

Química e Derivados, Operação de limpeza com sistema hidrojato
Operação de limpeza com sistema hidrojato

 

No tocante à indústria sucroenergética, algumas das técnicas descritas abaixo para remoção de incrustações em evaporadores de caldo são utilizadas até hoje, apresentando sucessos e fracassos, que variam de uma unidade produtora para outra, dependendo do tipo de solo em que é cultivada a cana-de-açúcar, do sistema de colheita aplicado, do sistema de remoção destas impurezas, etc.

Química e Derivados, Detalhe do bico e dos jatos sob alta pressão do sistema hidrojato
Detalhe do bico e dos jatos sob alta pressão do sistema hidrojato

Origem das incrustações

O caldo da cana-de-açúcar apresenta em sua composição, além da sacarose e outros açúcares, diversos tipos de sais (não açúcares), coloides, gomas, ceras, graxas, amido, proteínas, corantes e outros. Além destes compostos, durante o processo de tratamento físico-químico a que o caldo é submetido para produção de açúcar branco, são adicionados elementos químicos como fosfatos, cálcio, magnésio e enxofre.

A combinação desses elementos durante a etapa de evaporação do caldo para produção de açúcar resulta em incrustações nos tubos dos evaporadores, equipamentos que promovem essa concentração para gerar a matéria-prima para a produção de açúcar, que é o xarope.

Em média, calcula-se cerca de 200 a 800 g de incrustações (10 a 50 g/tonelada de cana), consideradas em matéria seca, por metro quadrado de superfície de evaporação. Para entendermos melhor essa grandeza, aplique-se essa massa de incrustações a um evaporador típico, cuja área útil de evaporação é de 4000 m².

Química e Derivados, Raspador mecânico (roseta)
Raspador mecânico (roseta)

A combinação dos compostos não açúcares presentes no caldo, mais os aditivos utilizados no tratamento deste para a fabricação de açúcar, resulta nos compostos como óxidos metálicos, sais de oxalato e aconitato de cálcio e magnésio, silicatos e outros que são os principais agentes formadores de incrustações nos tubos.

Sistemas de limpeza

Dentre os sistemas existentes para remoção dessas incrustações, podemos citar os mais utilizados desde os primórdios da indústria sucroenergética que são os raspadores mecânicos (rosetas) e, mais recentemente, o sistema de hidrojateamento com alta pressão (até 1.200 bar), que promove uma remoção mecânica mediante a ação da água sob alta pressão, na forma de jatos finos, frontais e laterais.

A limpeza química não é novidade no setor sucroenergético, porém vem sendo utilizada na maioria das vezes como uma alternativa, quando os sistemas mecânicos apresentados acima não promovem a remoção satisfatória das sujidades, provocando a diminuição considerável da capacidade de troca térmica dos sistemas evaporativos.

Em outras situações, utiliza-se uma pré-limpeza com “fervura” de uma solução de hidróxido de sódio e, posteriormente, efetua-se a limpeza mecânica com hidrojato ou com raspadores tipo roseta. Porém, esse processo não elimina a operação mecânica, completando assim a limpeza.

Química e Derivados, Chicote transmissor de rotação para o raspador (roseta)
Chicote transmissor de rotação para o raspador (roseta)

O processo de avaliação da limpeza química consiste primeiro em identificar o tipo e a composição das incrustações a serem removidas, procedimento no qual estas são amostradas individualmente em cada etapa do processo e em seguida analisadas. Com base na caracterização dos elementos que compõem a incrustação, é elaborado um plano de limpeza personalizado, cujas características sobre o tipo do agente químico e sua concentração são específicas para cada equipamento.

Com o rigor cada vez maior quanto à segurança das pessoas envolvidas na limpeza de evaporadores, por se tratar de uma operação realizada em espaços confinados, o sistema normativo brasileiro impõe as orientações da NR (norma regulamentadora) 33, que visa limitar e até proibir o acesso de pessoas a tais condições de trabalho.

Dessa forma, o setor sucroenergético busca se adequar à exigência normativa, mas sem descuidar da qualidade da limpeza dos equipamentos, uma vez que o bom funcionamento desta operação unitária é de vital importância para a indústria.

Existe ainda um fator que causa preocupação quando é necessário aplicar limpezas químicas nos evaporadores, que é a corrosão preconizada dos tubos. Estudos recentes com soluções químicas e seus sistemas de aplicação se mostram satisfatórios nos resultados de eficácia, tanto de remoção das incrustações quanto nas baixas taxas de corrosão do sistema.

Química e Derivados, Motor elétrico, responsável pelo acionamento do chicote, que gira o raspador mecânico (roseta)
Motor elétrico, responsável pelo acionamento do chicote, que gira o raspador mecânico (roseta)

A parceria entre as indústrias de especialidades químicas e empresas de equipamentos industriais chegou a um sistema de aplicação que é eficaz na remoção das incrustações e, ao mesmo tempo, elimina a presença de pessoas em espaços confinados.

Esse sistema consiste em aplicar a solução química (ácida e alcalina) sob determinada pressão, velocidade, temperatura e tempo, onde a combinação da ação química da solução, somada à ação mecânica do fluido, promovem a remoção gradual das incrustações, sem causar desgaste dos tubos dos evaporadores. Veja o esquema da operação:

Em relação às soluções químicas aplicadas ao processo, temos a limpeza ácida, na qual utilizamos os ácidos clorídrico, sulfâmico e fórmico, ambos aditivados com inibidores de corrosão. A seleção entre um ácido e outro está relacionada ao tipo de material de que é construído o tubo a ser submetido à limpeza e à composição química da incrustação. Na limpeza alcalina, utilizamos hidróxido de sódio líquido (a 50%), que recebe o incremento de um aditivo de limpeza química alcalina. Trata-se de um coadjuvante que possui grande sinergia com o hidróxido de sódio, atuando eficazmente sobre as incrustações aderidas às paredes dos tubos.

No tocante ao desgaste dos tubos dos evaporadores, este sistema apresenta uma vantagem em relação à limpeza química convencional, pois a solução química não forma um sistema “afogado”, que submeteria os tubos a uma condição critica. Neste sistema, a solução forma um filme descendente nos tubos, agindo apenas sobre as incrustações.

Química e Derivados,Evandro Carlos de Assis, coordenador técnico do Grupo Serquímica
Evandro Carlos de Assis, coordenador técnico do Grupo Serquímica

Estudos recentes também concluíram que a distância entre os bicos do sistema rotativo e os tubos do evaporador pode influenciar este desgaste. Desta forma, os projetos sofreram um upgrade, e são adaptados sob medida para cada tipo de evaporador.

A Serquímica é especializada em limpezas químicas dos sistemas de trocas térmicas e, em parceria com fabricantes de equipamentos, promove a aplicação de um novo conceito em limpeza química, mediante o sistema RRITE (Removedor Rotativo de Incrustações em Tubos de Evaporadores). Este sistema é responsável pela distribuição homogênea das soluções químicas, bem como promover a pressão e velocidade adequadas para obtenção de um excelente resultado.

Por Evandro Carlos de Assis

O AUTOR

Evandro Carlos de Assis, coordenador técnico do Grupo Serquímica, é pós-graduado em Gestão e Tecnologia Industrial Sucroalcooleira, possui 23 anos de experiência profissional no setor sucroenergético, 17 destes anos atuando como gestor de processos industriais.

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