d) Limpieza de las superficies

INCRUSTACIONES.

La incrustacin es un depsito muy duro y adherente que se forma sobre la superficie de un objeto en contacto con una disolucin de sales minerales. Esta deposicin tiene lugar cuando cambia la solubilidad y/o concentracin de los minerales; as tambin cuando estos mismos se transforman en otros minerales menos solubles, de modo que la disolucin pasa a un estado sobresaturado. Las causas de uno u otro cambio y por ende de la formacin de incrustaciones pueden ser la temperatura, la evaporacin, la aireacin, la agitacin, la variacin del pH, los cambios de presin, entre otros.

El carbonato de calcio es el compuesto que ms frecuentemente se encuentra en las incrustaciones de sistemas tales como calderas de vapor, calentadores, intercambiadores, etc. Aqu el calor promueve la salida del dixido de carbono de la disolucin acuosa causando la descomposicin de los bicarbonatos en carbonatos mucho menos solubles, dando lugar a la sobresaturacin y por ende al precipitado del exceso de carbonato de calcio sobre las superficies.

La formacin de incrustaciones de fosfatos, sulfatos, cloruros, oxalatos, etc. de metales bivalentes es la dificultad ms importante que se presenta en evaporadores de centrales azucareros, en equipos de destilacin para la obtencin de aguardiente y alcohol, en destiladores de agua de mar, etc. En estos casos la sobresaturacin ocurre al aumentar la concentracin de estas sales debido a la evaporacin del disolvente. Tambin este tipo de incrustacin se presenta en las tuberas, vlvulas y bombas en las instalaciones de extraccin de crudos (petrleo) por sobresaturacin en el fluido acuoso de los sulfatos a causa del cambio de presin durante el proceso de extraccin.

En general las incrustaciones producen efectos indeseables en equipos e instalaciones. Uno de tales efectos es la reduccin de la seccin de paso del fluido acuoso que aumenta las perdidas de presin por rozamiento diminuyendo el caudal de circulacin e incrementando, en consecuencia, el consumo de energa en la operacin de bombeo. Otro importante efecto nocivo de las incrustaciones es debido a su baja conductividad trmica, que dificulta la transferencia de calor en las superficies de intercambio, disminuyendo la eficiencia energtica del sistema.

En el caso de los evaporadores de la industria azucarera los principales agentes formadores de incrustaciones en la composicin del jugo clarificado de caa son:

Fosfato de calcio / hidroxilapatita (Ca3(PO4)2 / (Ca3(PO4)2(3 . Ca(OH)2), oxalato de calcio (CaC2O4), sulfato de calcio (CaSO4) y la slice (SiO2).

Estos agentes cuando exceden su lmite de solubilidad en el jugo, durante el proceso de evaporacin, precipitan como incrustacin sobre la superficie de intercambio. Aqu todas las incrustaciones contienen productos de degradacin orgnica; as como de xidos de hierro y de aluminio (Fe2O3 y Al2O3).

Las principales incrustaciones en los primeros vasos del multi-efecto de evaporacin son de fosfato de calcio, mientras que en los ltimos vasos prevalecen los oxalatos y sulfatos de calcio y la slice.

d) Limpieza de las superficies.

Con el aumento de la concentracin, la mayora de las impurezas del jugo, en especial las sales minerales, se hacen menos solubles y tienden a depositarse sobre la superficie de los tubos calefactores. Estas sales, como son malas conductoras del calor, hacen perder capacidad de procesamiento al evaporador al reducir su capacidad para transferir calor a travs de las paredes de los tubos. (Ver figura 4-12)

El perodo durante el cual se trabaja con el evaporador sin sentir los efectos de las incrustaciones, suele estar entre 5 y 10 das, aunque no es posible sealar un lapso comn para todos los centrales, ya que depende tanto de las particularidades de los equipos, como de la caa y del agua que se utiliza en la imbibicin. Entindase por particularidades de los equipos la velocidad de evaporacin que se logra en ellos, que debe ser la mayor posible, y el tiempo de retencin del jugo en ellos, que ser mejor mientras menor sea. Slo la observacin del comportamiento de cada evaporador, unida a la experiencia en el lugar, puede determinar la planificacin del perodo de trabajo tras el cual deben limpiarse estos equipos.

Obsrvese que aunque en ambos casos llega al tubo la misma cantidad de calor, en el tubo sucio la dificultad para atravesar la capa de incrustacin hace que al jugo llegue mucho menos.

Es obvio que la evaporacin se reducir al disponer de menos calor, pero adems se crea otro problema, consistente en que al pasar menos calor es menor la cantidad de vapor que se condensa en la calandria y se cae la demanda de vapor, por lo que se estimula la sobre presin del escape al no poder consumirlo en el vaso.

Se conoce que en un vaso evaporador la entrada de vapor se trabaja completamente abierta, pues lo que regula la entrada de vapor no es la abertura de la vlvula sino la demanda de ste que hace el vaso con su evaporacin. Cuando el vapor en la calandria tiende a tener la misma presin que la tubera significa que no se est extrayendo el que entra, y la nica forma de extraerlo es hacindolo transferir calor, para que al condensarse salga como agua lquida y a la vez libere espacio para que siga entrando ms vapor.

Cuando el equipo est incrustado, la evaporacin se reduce significativamente y mucho menos vapor cede su calor para condensarse, lo que hace que entre menos vapor al vaso y se cree una sobre presin que a su vez frena la entrada de ms vapor.

Clculos elementales de la efectividad de la evaporacin.

En la evaporacin siempre es interesante conocer la cantidad de agua evaporada as como la cantidad en peso de meladura que se entrega a los tachos. Todos estos clculos se realizan a partir de dos valores; por una parte el flujo o caudal inicial de jugo que entra a la evaporacin, y por otra los Bx que el jugo tiene en entrada y salida de la etapa analizada.

Es imprescindible que el flujo se maneje como flujo msico, por lo que el flujo volumtrico del que originalmente se dispone (m3/h) habr que convertirlo a TM/h, o Kg/h, o lb/h. Esto es necesario para disponer de consistencia dimensional, porque se trabaja a partir del Brix, y ste por definicin es el % en peso de slidos disueltos.

Ejemplo #1:

El central muele durante un da 5.650 TM de caa con una Extraccin diluida de 96,5%, obtenindose Jugo Mezclado de 13 Bx que es transformado en Meladura de 63 Bx. Cuntas TM de vapor vegetal aport la Evaporacin y cuntas TM de Meladura se obtuvieron? Suponga que no hay cambios de jugo mezclado al clarificado.

Solucin:

La cantidad de Jugo Mezclado es de 5.650 TM x 96,5% = 5.452,25 TM. Este jugo tiene 13 Bx, por lo que contendr 5.452,25 TM x 0,13 = 708,79 TM de slidos disueltos.

A lo largo de la evaporacin vara la cantidad de agua, pero la de slidos se mantiene constante, por lo que a la Meladura llega la misma cantidad de slidos que entr con el jugo o sea, 708,79 TM de slidos. Como se conoce que la Meladura tiene 63 Bx, si encontramos el nmero para el cual las toneladas de slidos son el 63%, tendremos entonces la cantidad de Meladura obtenida.

Cantidad de Meladura = = 1.125,07 TM de Meladura a Tachos.La diferencia entre las toneladas de Meladura y las de Jugo Mezclado sern las toneladas de agua que en forma de vapor vegetal aporta el rea de evaporacin.

Cantidad de vapor vegetal = = 4.327,18 TM de vapor vegetal fueron aportadas por la caa mediante la evaporacin.

Ejemplo #2:

Un Pre-Evaporador de 13.000 pcsc (pies cuadrados de superficie calrica) tiene un ritmo de evaporacin de 6,4 lb/pie2-h. Si durante un turno recibi 1.960 TM de jugo clarificado de 13,5 Bx, Cunto jugo y de qu caractersticas entreg al vaso siguiente, y cunto vapor vegetal produjo?

Solucin:El equipo evapora 13.000 pie2 x 6,4 lb/pie2-h = 83.200 lb/h, por lo que en un turno evaporar 83.200 lb/h x 8 h = 665.600 lb

Para trabajar con dimensiones consistentes es conveniente trabajar el agua evaporada en toneladas mtricas, por lo que:

Cantidad de vapor vegetal = 665.200 lb x = 301,7 TM vapor vegetalEl jugo que entra al vaso tiene 1.960 TM x 13,5% = 264,6 TM de slidos que continuarn hacia el vaso siguiente, disueltos en una masa de jugo que ahora es igual a

1.960 TM de jugo 301,7 TM de agua evaporada = 1.658,3 TM de jugo.Bx del jugo saliente del Pre = x 100 = 15,95 BxEste Pre ha realizado en el turno el trabajo esquematizado en la Figura 4-13:

Vapor

Tubo metlico, usualmente de cobre

Calor pasando a travs de la pared del tubo hacia el jugo

Jugo

Tubo de cobre

Vapor

Calor pasando a travs de la pared del tubo hacia el jugo, ahora amortiguado por la incrustacin.

Lmina de incrustacin

Jugo

Figura 4-12: Ilustracin de la transferencia de calor, arriba a travs de un tubo limpio, y abajo a travs de un tubo incrustado.

PRE

EVAPORADOR

13.000 pcsc

Evaporacin:

6,4 lb/pie2-h

301,7 TM Vapor Vegetal

1.960 TM Jugo Clarificado

13,5 Bx

1.658,3 TM Jugo Pre concentrado

15,95 Bx

Figura 4-13: Evolucin de la evaporacin segn el Ejemplo #2.

_1145790732.unknown

_1145792024.unknown

_1145792624.unknown

_1145790540.unknown