BR112012031530B1

BR112012031530B1 - evaporador de tubos horizontais e método para intensificar a transferência térmica através do dito evaporador de tubos horizontais os quais são verticalmente alongados

Info

Publication number: BR112012031530B1
Application number: BR112012031530-7A
Authority: BR
Inventors: Amnon Levy; Joseph Weinberg; Henrikh Rojanskiy
Original assignee: I.D.E. Technologies Ltd
Priority date: 2010-06-22
Filing date: 2011-06-20
Publication date: 2020-11-10
Also published as: MX2012014052A; PE20131205A1; ZA201208553B; CA2799931A1; EP2593199A1; CN102946958A; EP2593199B1; AU2011268555B2; CA2799931C; WO2011161613A1; BR112012031530A2; US20130092523A1; AU2011268555A1

Abstract

EVAPORADOR, TUBOS CORRUGADOS E MÉTODO PARA INTENSIFICAR A TRANSFERÊNCIA TÉRMICA ATRAVÉS DE TUBOS DE EVAPORADOR HORIZONTAIS QUE SÃO VERTICALMENTE ALONGADOS, onde um evaporador (100) tendo tubos (110) de transferência térmica mais eficientes, que são qualquer um ou tanto revestidos quanto verticalmente corrugados, onde o revestimento, embora reduzindo o coeficiente de transferência térmica, prolonga o tempo entre tratamentos de limpeza para aumentar a eficiência global do evaporador (100) e a corrugação dos tubos (110) controla as características de película (90) e intensifica a evaporação a partir da película (90) mediante condensação de vapor dentro dos tubos (110), onde o perfil de corrugação é selecionado para reforçar a ondulação e turbulência das películas (90) e desta forma aumentar a evaporação e condensação e portanto a eficacia do evaporador (100).

Description

Antecedentes Campo técnico

[0001] A presente invenção se relaciona com o campo de dessalinização, e mais particularmente, com tubos de evaporador.

Discussão da técnica relacionada

[0002] A dessalinização de água é um processo no qual vários materiais solúveis tais como sal, contaminantes, etc., são removidos da água contendo estes materiais, deixando água usualmente potável, limpa. É sabido que entre os processos os mais eficientes de dessalinização térmica correntemente em uso estão a destilação multiefeito (MED) e dessalinização por compressão mecânica de vapor (MVC).

[0003] A figura IA é uma ilustração esquemática de um evaporador multiefeito 100 com tubos redondos 110, de acordo com a técnica anterior, como divulgado, por exemplo no documento de patente européia n° 1858609. As instalações de Dessalinização Multiefeito existentes 100 utilizam tubos horizontais de liga de aluminio 110, condensadores evaporativos de pelicula escorrendo em um arranjo em série, para produzir por etapas repetitivas de evaporação e condensação, cada uma a uma temperatura e pressão inferiores, uma quantidade múltipla de destilado a partir de uma dada quantidade de vapor alimentado. A alimentação 90A entrando em cada efeito 101 é introduzida como uma pelicula fina escorrendo 90 sobre a superfície externa 114 (veja as figuras 2, 5A) que é suportada externamente por tubos 110. O vapor 85A escoa internamente através de tubos 110 no espaço interno 147, delimitado pela superfície interna 116 (veja as figuras 2 e 5B). À medida que o vapor 85A se condensa, a alimentação 90A a partir da pelicula 90 evapora e o vapor é introduzido dentro dos tubos 110 do próximo efeito 101. Condensado 81 é coletado dos tubos 110, enquanto salmoura 82 é coletada a partir da pelicula 90 após escoar sobre todos os tubos 110. Os tubos 110 da técnica anterior são circulares. Qualquer número de condensadores evaporativos (efeitos 101) podem ser incorporados nas seções de recuperação de calor das instalações, dependendo da temperatura e dos custos do calor de baixo grau disponível e do ponto ótimo de troca entre investimento e economia de vapor. Tecnicamente, o número de efeitos 101 é limitado somente pela diferença de temperatura entre as temperaturas de entrada do vapor 85A e da água do mar 90A (definindo as extremidades quente e fria da unidade) e o diferencial de temperatura minimo permitido em cada efeito 101.

[0004] A água do mar chegando 90A é desaerada e pré- aquecida no condensador de rejeição de calor e então dividida em duas correntes. Uma é retornada para o mar como descarga de refrigerante, e a outra se torna alimentação para o processo de destilação. A alimentação 90A é pré-tratada com um inibidor de pelicula e introduzida dentro do grupo de temperatura mais baixa. A introdução ao grupo de temperatura mais baixa (retrofluxo de alimentação) ao invés de ao mais alto é devida a um esforço para manter a eficiência termodinâmica da instalação reduzindo a mistura irreversível da alimentação de água do mar mais fria com a temperatura dos efeitos quentes. Devido à natureza da pelicula escorrendo 90 do fluxo de alimentação sobre os tubos 110 uma bomba é requerida para mover a água salina do fundo do efeito 101 para o topo do próximo 101.

[0005] O vapor de entrada 85A é alimentado dentro dos tubos 110 do efeito mais quente. Lá ele se condensa, entregando seu calor latente para a água salina escorrendo sobre a superfície externa dos tubos 110, enquanto a condensação ocorre no interior do tubo 110, uma quantidade aproximadamente igual de evaporação ocorre no exterior menos a quantidade requerida para pré-aquecer a alimentação até a temperatura de evaporação. O processo de evaporação- condensação é repetido ao longo de toda a série de efeitos, cada um dos quais contribui com uma quantidade de destilado adicional. O vapor a partir do último efeito é condensado por refrigerante de água do mar no condensador de rejeição de calor.

[0006] A figura 1B é uma ilustração esquemática de um aparelho de dessalinização por compressão mecânica de vapor (MVC) com tubos redondos 110, de acordo com a técnica anterior. A MVC compreende um evaporador 100 recebendo alimentação de água do mar 90A que é pré-aquecida trocando calor com produto saindo 81 e salmoura 82 em um trocador de calor 87 e em um condensador 88. Água 90 é consecutivamente introduzida como uma pelicula escorrendo sobre os tubos 110, um efeito 101 após o outro. Em cada efeito 101 a pelicula escorrendo é produzida por água residual a partir do efeito anterior, enquanto vapor a partir do efeito anterior se condensa dentro dos tubos 110. Vapor é removido e comprimido por um compressor 86 para ser reintroduzido dentro do primeiro efeito. O condensado 81 e salmoura residual 82 são então removidos do evaporador 100. Os tubos 110 são o trocador de calor no evaporador 100, e seu coeficiente de transferência térmica e suscetibilidade a descamação determinam a eficiência global da MVC.

[0007] O processo MVC é baseado na aplicação do principio de uma bomba térmica, que continuamente recicla e mantém o calor latente trocado no processo de evaporação-condensação dentro do sistema, ao invés de usar vapor para efetuar a evaporação como em sistemas MED. O processo de evaporação- condensação ocorre em equipamento similar àquele usado no processo MED. Os tubos utilizados nos evaporadores em processos MED e MVC são usualmente feitos de liga de aluminio, que têm coeficientes de transferência térmica altos requeridos para os processos MED e MVC, permitindo manter o tamanho dos evaporadores tão pequeno quanto possível, isto é, quanto mais altos os coeficientes de transferência térmica, menor o tamanho do evaporador. Devido às altas temperaturas nas quais os tubos de liga de aluminio são usados nos sistemas acima e sal e contaminantes na água a ser dessalinizada, a qualidade destas superficies de tubos que está em contato com a água se deteriora com o tempo como um resultado de corrosão e precipitação de escamas, reduzindo desta forma os coeficientes de transferência térmica. Quando a corrosão e descamação alcançam certos niveis pré- determinados, a limpeza dos tubos é requerida. Em particular, em sistemas MED e MVC, os tubos são normalmente limpados quando a redução de seu coeficiente de transferência térmica alcança aproximadamente 10% de seu valor original. Sumário resumido

[0008] Um aspecto da invenção provê um evaporador compreendendo uma pluralidade de tubos arranjados para suportar uma pelicula vertical de água salina, e para evaporar água a partir da pelicula por transferência térmica a partir de uma pelicula de condensado de vapor de condensação dentro dos tubos, os tubos tendo um coeficiente de transferência térmica ho que se deteriora para um coeficiente de transferência térmica hm como um resultado de descamação, onde alcançar hm requer limpeza dos tubos da pelicula após um periodo To, o evaporador caracterizado pelo fato de os tubos compreendem um revestimento externo tendo um coeficiente de transferência térmica hc maior que hm e menor que ho, o revestimento externo selecionado para aumentar um periodo de limpeza para Tc maior que To.

[0009] Um outro aspecto da invenção provê um evaporador compreendendo uma pluralidade de tubos alongados verticalmente, horizontais, arranjados para suportar uma pelicula vertical de água salina, e para evaporar água da pelicula por transferência térmica a partir de uma pelicula de condensado de vapor de condensação dentro dos tubos, caracterizado pelo fato de: os tubos horizontais serem verticalmente e circunferencialmente corrugados em pelo menos um perfil externo especificado compreendendo estrias e ranhuras externas sobre uma face externa dos tubos, o perfil externo especificado selecionado para afinar a pelicula nas estrias externas para intensificar a transferência térmica através delas e a evaporação a partir delas.

[0010] Estes aspectos e/ou vantagens adicionais e/ou outros das configurações da presente invenção estão registrados na descrição detalhada que segue; possivelmente inferiveis a partir da descrição detalhada; e/ou aprendiveis por prática das configurações da presente invenção.

Descrição resumida dos desenhos

[0011] A presente invenção será mais prontamente compreendida a partir da descrição detalhada de configurações da mesma feitas em conjunção com os desenhos anexos nos quais:

[0012] A figura 2 é uma vista de seção transversal de um exemplo de um tubo de transferência térmica redondo que pode ser usado em MED (figura IA) e MVC (figura 1B) , de acordo com algumas configurações da invenção.A figura 3 é uma vista de seção transversal de um tubo de transferência térmica oval revestido usado em MED e MVC, de acordo com algumas configurações da invenção.

[0013] A figura 4 é uma vista externa em perspectiva de um tubo de transferência térmica corrugado oval, de acordo com algumas configurações da invenção,

[0014] As figuras 5A-5D são ilustrações esquemáticas de um tubo corrugado e alongado verticalmente, de acordo com algumas configurações da invenção;

[0015] As figuras 6A-6I são ilustrações esquemáticas da forma de corrugação nos tubos e sua produção, de acordo com algumas configurações da invenção; e

[0016] A figura 7 é um diagrama de fluxo esquemático de alto nivel ilustrando um método para intensificar a transferência térmica através dos tubos de evaporador, de acordo com algumas configurações da invenção.

Descrição detalhada

[0017] Antes de registrar a descrição detalhada, pode ser proveitoso registrar definições de certos termos que serão usados daqui por diante.

[0018] O termo "corrugado" como usado aqui neste pedido de patente, é definido com uma sequência de estrias e ranhuras ou canais paralelas e alternadas. As estrias e ranhuras (ou canais) estão em ambos os lados da superfície corrugada. A direção das ranhuras, ou canais 124 (veja abaixo) nos tubos 110 pode ser vertical, ou as ranhuras 124 podem ser diagonais em relação às faces do tubo 110. O termo tubos corrugados não deve ser tomado como limitando o ângulo relativo das estrias e ranhuras em relação às faces dos tubos.

[0019] Antes de explicar pelo menos uma configuração da invenção em detalhes, deve ficar entendido que a invenção não está limitada em sua aplicação aos detalhes de construção e ao arranjo dos componentes registrados na descrição seguinte ou ilustrados nos desenhos. A invenção é aplicável a outras configurações ou pode ser praticada ou executada de vários modos. Também, deve ficar entendido que a fraseologia e terminologia empregadas aqui são com o propósito de descrição e não devem ser vistas como limitantes. Quando elementos de transferência térmica tais como os tubos de transferência térmica 110, são feitos de um metal leve ou liga de metal leve, suas superficies de transferência térmica 114, 116 (daqui por diante: 'superficies de transferência térmica metálicas') quando colocadas sob as condições de processo, sofrem corrosão e/ou descamação.

[0020] Durante um certo periodo de tempo, a corrosão e descamação reduzem os coeficientes de transferência térmica das superficies de transferência térmica metálicas, e se nenhuma limpeza das mesmas for executada (por tratamento de limpeza), a taxa de dessalinização pode diminuir substancialmente. Isso, em um processo de dessalinização, seja executado por MED, MVC, ou por qualquer outro sistema de dessalinização, onde os tubos de transferência térmica 110 são convencionalmente feitos de um metal leve ou liga de metal leve. Os tubos 110 têm um coeficiente de transferência térmica original ho em sua superfície de transferência térmica metálica, e um valor minimo aceitável hm do coeficiente de transferência térmica no qual a limpeza da superfície de transferência térmica metálica de corrosão e/ou escamas precipitadas é executada. Sob condições de processo pré-determinadas, é normalmente sabido quanto tempo levará para o coeficiente de transferência térmica alcançar seu valor minimo aceitável e o sistema necessita passar por um tratamento de limpeza. Cada tal vez a operação do sistema tem que ser temporariamente interrompida para limpeza. Dependendo da qualidade da água em diferentes sitios, pode-se gastar do sistema tempo To diferente durante o qual o valor minimo aceitável hm acima do coeficiente de transferência térmica é alcançado.

[0021] Frequentemente, a diferença aceitável entre os valores original e minimo do coeficiente de transferência térmica (h0-hm) é não maior que 10% do coeficiente de transferência térmica original h0.

[0022] A figura 2 é uma vista de seção transversal de um exemplo de tubo de transferência térmica redondo 110 que pode ser usado em MED (figura IA) e MVC (figura 1B), de acordo com algumas configurações da invenção. O tubo 110 compreende uma superfície externa 141 sobre a qual revestimento 140 é depositado, uma superfície interna 116, e uma parede 145 se estendendo entre as superfícies 141 e 116, que constituem o material do tubo.

[0023] A superfície externa 141 do tubo 110 pode ser revestida por um revestimento 140, tal como uma camada de proteção de cerâmica com uma superfície externa de revestimento 114 sendo a face externa do tubo 110.

[0024] O tubo de transferência térmica 110 pode ser feito de um metal leve ou uma liga de metal leve, tal como ligas de alumínio ou magnésio (p.ex., ligas de alumínio da série 3XXX e 5XXX), e em um processo de dessalinização, a superfície externa 114 funciona como a superfície de transferência térmica externa de tubo original (isto é, sem revestimento 140) 141 (daqui por diante: 'superfície de transferência térmica metálica').

[0025] O revestimento 140, tal como a camada de proteção de cerâmica sobre a superfície de transferência térmica externa metálica 141 pode compreender, totalmente ou parcialmente, um óxido do metal do qual o tubo 110 é feito, obtido por tratamento de oxidação da superfície 141.

[0026] Vários processos podem ser usados para formar o revestimento 140 ou a camada de proteção de cerâmica. Exemplos de tais processos são anodização e oxidação eletrolítica com plasma que também é conhecida como oxidação de microarco (MAO), a última sendo um processo mais avançado para produzir revestimentos de qualidade mais alta. Ambos os processos mencionados anteriormente são processos eletroquímicos de tratamento superficial para gerar revestimentos óxidos sobre metais, MAO é um processo que emprega potenciais mais altos que anodização, fazendo descargas ocorrerem na camada de óxido que está sendo formada, sendo que o plasma resultante modifica e reforça a estrutura da camada de óxido.

[0027] Alternativamente, o revestimento pode ser depositado sobre a superfície, p.ex., pelo processo de pulverização térmica (p.ex., pulverização de plasma) ou pelo processo de eletrodeposição (também conhecido como eletrogalvanização). Por exemplo, uma camada de proteção de cerâmica depositada 140 pode compreender zircônia e/ou outros óxidos tipicamente usados para produzir camadas de revestimento cerâmico.

[0028] A camada de proteção de cerâmica 140 pode ser formada por um número de camadas de revestimento cerâmico separadas compreendendo diferentes materiais e tendo diferentes propriedades. Uma combinação dos processos mencionados anteriormente também pode ser usada para produzir a camada de proteção cerâmica 140.

[0029] Com revestimento 140 como descrito acima, a superfície externa 114 funciona, em um processo de dessalinização, como uma superfície de transferência térmica de camada cerâmica (daqui por diante: 'superfície de transferência térmica cerâmica').

[0030] A parede 145 do tubo de transferência térmica 110 é de uma espessura 132, e o revestimento 140 é de uma espessura 142, que é essencialmente menor que a espessura 132 do tubo 110. Em particular, a espessura de parede 142 pode ser 5% e 0,5% da espessura de revestimento 142.

[0031] Por exemplo, com o tubo 110 descrito acima sendo feito de liga de aluminio 5052, com a espessura 132 da parede de tubo 145 sendo na faixa entre 1 a 2 mm, a camada de proteção de cerâmica 140 pode ter a espessura 142 entre 10 a 20 microns. O revestimento 140 pode ser formado p.ex. por oxidação de microarco e ter uma rugosidade média (isto é, acabamento superficial) - Ra, na faixa aproximada de 0,5-2 microns.

[0032] A camada de proteção de cerâmica 140 pode ser configurada para garantir que o coeficiente de transferência térmica do tubo 110 em sua superfície externa de transferência térmica de cerâmica 114 tenha um valor hc que satisfaça a condição hm < hc < h0 sob as condições de processo pré-determinadas referidas acima. Como um resultado da formação da camada de proteção de cerâmica 140 descrita acima, o tubo 110 tem uma taxa de corrosão e/ou de descamação mais baixas que teria sem a camada de proteção de cerâmica 140, com a superfície metálica 141 como a superfície externa 114 .

[0033] Com a camada de proteção de cerâmica 114 como descrita acima, o tempo Tc durante o qual o coeficiente de transferência térmica hc alcança seu valor minimo aceitável hm é mais longo que To - o tempo que o tubo 110 alcança hm sem a camada 140. Portanto, embora o revestimento 140 reduza o coeficiente de transferência térmica máximo (limpo) a partir de h0 (para a superfície de transferência térmica metálica 141 sem revestimento 140) para hc, ele estende muito mais a duração entre limpezas sequenciais da superfície externa 114 de película e corrosão de To para Tc, o que tanto provê um coeficiente de transferência térmica mais alto durante o periodo de operação entre tratamentos sequenciais (Tc) como reduz a frequência de tratamentos de limpeza necessários o que aumenta a eficiência global da dessalinização.

[0034] Por exemplo, ao invés de limpar o sistema de dessalinização uma vez por ano (To) que é uma frequência de limpeza standard para sistemas multiefeito, ele pode ser limpo uma vez a cada dois anos (Tc) .

[0035] A figura 3 é uma vista de seção transversal de um tubo de transferência térmica oval revestido 110 usado em MED e MVC, de acordo com algumas configurações da invenção, e a figura 4 é uma vista externa em perspectiva de um tubo de transferência térmica corrugado oval 110, de acordo com algumas configurações da invenção.

[0036] Embora a figura 2 ilustre um tubo redondo 110, a figura 3 ilustra uma seção transversal alongada verticalmente de tubo 110, e a figura 4 ilustra uma seção transversal alongada verticalmente de tubo 110 com corrugações verticais da superfície externa 114, que podem mas não devem ser revestidas com revestimento 140, e reforçam adicionalmente a transferência térmica através do tubo 110.

[0037] Setas marcam a direção da água 90 que é pulverizada sobre a superfície 114 do tubo 110. Uma camada de proteção de cerâmica 140 pode ser aplicada a pelo menos alguma porção da superfície 114 do tubo 110, que serve como superficies de transferência térmica, para reduzir a taxa de corrosão e/ou descamação sobre elas.

[0038] Nas configurações corrugadas (figuras 4, 5D, 61) o revestimento 140 pode ser depositado sobre as corrugações, p.ex., somente sobre a superfície externa 114 (possivelmente também sobre a superfície interna 116). A espessura do revestimento 142A, 142B pode variar através das corrugações, p.ex., variar entre estrias externas 122 e ranhuras externas 124 da superfície externa 114 (veja a figura 61). As espessuras de revestimento 142A, 142B podem ser calculadas para maximizar a transferência térmica e maximizar os intervalos de limpeza em suas condições operacionais e em relação ao fluxo de pelicula de água como explicado abaixo (figuras 6F-6H). Os inventores submetem que aumentar a transferência térmica global e eficiência de transferência térmica revestindo os tubos de transferência térmica 110 com revestimento cerâmico 140 é um resultado surpreendente, uma vez que, em vista de sua condutividade térmica extremamente baixa, tais revestimentos não têm sido usados em elementos cujo funcionamento requereu sua alta condutividade térmica, tal como os elementos usados em processos de dessalinização. Pelo contrário, foi sugerido ao invés usar os revestimentos acima como camadas de barreira térmica (J.A. Curran e I.W. Clyne, The Thermal Conductivity of Plasma Electrolytic Oxide Coatings on Aluminum and Magnesium [A condutividade térmica de revestimentos óxidos eletroliticos por plasma em aluminio e magnésio] , Surface and Coatings Technology [Tecnologia da superfície e de revestimentos], volume 199, itens 2-3, 22 de setembro de 2005, páginas 177-183, Plasma Electrolysis [Eletrólise com plasma].

[0039] O inventor da matéria em questão do presente pedido de patente percebeu que, a despeito da condutividade térmica reduzida, o revestimento (camada protetora) 140 pode ser usado em elementos participando em um processo de dessalinização, para aumentar o tempo pelo qual a corrosão e/ou descamação sobre sua superfície de transferência térmica fazem o coeficiente de transferência térmica da citada superfície alcançar seu valor minimo aceitável, se o revestimento for projetado tal que o coeficiente de transferência térmica alterado (hc) seja mais alto que o coeficiente de transferência térmica minimo aceitável (hm) . 0 elemento de transferência térmica 110 pode ser um tubo tendo qualquer formato de seção transversal desejado, p.ex., um formato de seção transversal circular ou oval. A camada de proteção de cerâmica 140 em tal elemento pode ser disposta sobre a superfície externa 141 da parede de tubo, isto é, faceando o exterior do tubo 110, e/ou sobre uma superfície interna 116 do tubo 110. O elemento de transferência térmica 110 também pode ser uma placa trocadora de calor, por exemplo, tal como aquela usada nos evaporadores MVC.

[0040] A superfície de transferência térmica 116 do elemento de transferência térmica 110 pode ser ranhurada ou lisa. Quando os tubos ranhurados 110 são ovais, eles podem ser formados de maneira tal que as ranhuras fiquem orientadas cerca de 90° em relação ao eixo geométrico longitudinal dos tubos 110 (p.ex., verticalmente quando os tubos 110 são horizontais). A superfície de transferência térmica ou pelo menos uma porção da mesma também pode ter uma forma corrugada. As ranhuras ou corrugações aumentam a eficiência da transferência térmica.

[0041] A camada de proteção de cerâmica 140 pode compreender ou ser totalmente feita de um óxido de liga de metal leve, tal como uma liga de aluminio ou uma liga de magnésio, em cujo caso a camada de proteção de cerâmica 140 pode compreender ou ser totalmente feita de óxido de aluminio ou de magnésio, respectivamente.

[0042] Magnésio tem a vantagem de ser mais leve que aluminio, mas é mais sensível às condições severas de processo (tais como alta temperatura, alta concentração de soluto).

[0043] O elemento de transferência térmica 110 pode constituir uma parte do sistema de dessalinização ou de concentração de solução quimica ou um sistema usado em evaporadores, em particular evaporadores industriais.

[0044] As figuras 5A-5D são ilustrações esquemáticas de um tubo corrugado e verticalmente alongado 110, de acordo com algumas configurações da invenção; e as figuras 6A-6I são ilustrações esquemáticas de uma forma de corrugação 120 nos tubos 110 e sua produção, de acordo com algumas configurações da invenção.

[0045] A figura 5A é uma vista em perspectiva do tubo 110 com a pelicula 90 ilustrada sobre uma parte do tubo 110. A pelicula 90 escorre sobre todo ou a maior parte do comprimento do tubo 110, e é mostrada somente em uma parte do tubo 110 por razões de clareza. A figura 5B ilustra um corte transversal do tubo 110, a figura 5C é uma vista em perspectiva de um detalhe sobre a borda superior do tubo 110 e a figura 5D ilustra o tubo corrugado revestido 110.

[0046] As figuras 6A-6D ilustram uma seção transversal longitudinal pelo tubo 110, apresentando várias formas de corrugação 120, a figura 6E ilustra a seção transversal em um método de produção exemplar, e as figuras 6F-6I ilustram a pelicula 90 e vapor de condensação 85 sobre a seção transversal longitudinal, e ilustram adicionalmente o funcionamento do perfil de parede de tubo corrugado com e sem revestimento 140.

[0047] O evaporador multiefeito 100 compreende efeitos 101, cada um com uma pluralidade de tubos horizontais 110 arranjados para suportar uma pelicula vertical 90 de água salina, e para evaporar água da pelicula 90 por transferência térmica de vapor de condensação dentro dos tubos 110. Os tubos 110 são alongados verticalmente para aumentar uma área de contato entre tubos 110 e pelicula 90, para mais bem suportar e controlar a forma e espessura da pelicula 90. A forma dos tubos 110 pode ser oval e pode ter lados paralelos verticais 111A conectados a extremidades arredondadas 111B.

[0048] Os tubos 110 são verticalmente e circunferencialmente (em relação a um corte transversal) corrugados 112 em um perfil especificado 120. A forma de corrugação 120 pode ser selecionada de acordo com vários critérios, incluindo, por exemplo coeficientes de transferência térmica, espessura e ondulação da pelicula 90 e da pelicula de condensado 85, velocidade de fluxo para baixo da pelicula 90 e da pelicula de condensado 85 em relação a uma localização no perfil 120. A corrugação 112 é arranjada para intensificar a transferência térmica do vapor para a pelicula 90 e reforçar adicionalmente a evaporação de água determinando características da película.

[0049] A figura 5D apresenta uma ilustração ampliada e exagerada de uma corte transversal através da borda do tubo corrugado e revestido 110. As estrias externas 122 e ranhuras externas 124 (veja abaixo, a figura 6A) sobre a face externa 114 dos tubos 110 podem ser revestidas por revestimento 140 tal com uma camada de óxido, que pode ter espessura variada sobre a estria externa 122 (espessura 142A) e ranhura externa 124 (espessura 142B). As espessuras 142 do revestimento 140 estão exageradas na figura 5D.

[0050] O perfil 120 compreende um perfil externo especificado 120A e um perfil interno especificado 120B (figuras 6A, 6F) que são selecionados para controlar as características de escoamento, tal como a espessura e ondulação, da pelicula 90 e de pelicula de condensado 85, respectivamente, para reforçar a evaporação a partir de uma face externa 114 e condensação sobre uma face interna 116 dos tubos 110.

[0051] O perfil externo especificado 120A compreende estrias externas 122 e ranhuras externas 124 sobre a face externa 114 dos tubos 110, o perfil interno especificado 120B compreende estrias internas 126 e ranhuras internas 128 sobre a face interna 116. As ranhuras internas 124 correspondem às estrias internas 126 e as ranhuras internas 128 correspondem às estrias externas 122. O perfil externo 120A reforça a evaporação (a partir das estrias externas 122) enquanto o perfil interno 120B reforça a condensação de vapor (nas ranhuras internas 128).

[0052] O perfil de estria externa especificado 120A pode ser congruente com o perfil de estria interna especificado 120B, tal que o perfil 120 seja rotacionalmente simétrico. A congruência pode resultar de um método de produção simétrico das folhas que são usadas para fabricar os tubos 110. A corrugação 112 pode ser produzida por duas engrenagens idênticas 91, cada uma arranjada para produzir um perfil de estria correspondente 122, 126. Os tubos 110 podem ser produzidos a partir de folhas corrugadas planas (veja a figura 6E) , p.ex., flexionando-as e soldando-as aos tubos 110. Os tubos 110 podem ser produzidos e modos alternados, tais como por hidroconformação, prensagem, etc.

[0053] O perfil de estria externa especificado 120A e perfil de estria interna especificado 120B podem ser trapezoidais, com quaisquer lados retos ou convexos (figura 6B) .

[0054] As estrias externas 122 e estrias internas 126 podem ter topos planos que são angulares 123, 127 (respectivamente) em seus lados. Alternativamente, as estrias externas 122 e estrias internas 126 podem ter topos convexos que são angulares 123, 127 (respectivamente) em seus lados. As estrias externas anguladas 123 são conformadas para controlar características de pelicula. Por exemplo, o ângulo 123 pode ser selecionado para promover a evaporação a partir da pelicula 90 afinando ou rompendo a pelicula 90 e intensificando a instabilidade da pelicula, como ilustrado na figura 6F.

[0055] A forma dos tubos 110 influencia as características da pelicula e pode esticar a pelicula fina 90 sob operação de gravidade, tensão superficial e forças de fluxo (figuras 6F- 61) . As estrias externas 122 podem reforçar o caráter ondulado da pelicula escorrendo 90 sobre a face externa 114 dos tubos 110 e desta forma intensificar a evaporação. As estrias internas 126 e ranhuras internas 128 podem reforçar o caráter ondulado de condensado escorrendo sobre a face interna 116 dos tubos 110 e desta forma intensificar a condensação.

[0056] A corrugação 112 de ambas as faces interna e externa 114, 116 permite otimizar as características da superfície que maximizam a evaporação e condensação, e portanto maximizam a eficiência do processo. Em particular, gerando ondulação mais forte, vórtices de turbulência internos dentro das películas 90 e pelicula de condensado, e forças de cisalhamento na película 90.

[0057] Os inventores descobriram que a corrugação 112 muda as características de fluxo e melhora a transferência térmica em algumas configurações da maneira seguinte (figura 6H, 61). O fluxo para baixo de película 90 (sobre a face externa 114) e/ou película de condensado 80 (sobre a face interna 116) tem um volume maior e uma velocidade mais baixa nas ranhuras 124, 128 (fluxos 124A, 128A) que nas estrias 122, 126 (fluxos 122A, 126A), todas as designações em relação à face externa 114 e face interna 116. Devido às diferentes velocidades de fluxo, as partes intermediárias do fluxo de película com um componente horizontal 124B, 128B que compensa as massas corrosivas e gera ondulações nas películas 90, 85, intensificam a evaporação. Como um resultado de forças de tensão superficiais, as películas 90, 85 nas estrias 122, 126, denotadas na figura 61 por 90A e 80A, são mais finas e escoam mais rápido que sem corrugação 112, e sua fineza melhora a transferência térmica (denotada por 90B, 80B na figura 61 respectivamente) a partir do tubo 110 através das películas 122A, 126A, e portanto uma evaporação mais forte a partir delas. De fato, nas ranhuras 124, 128 a transferência de calor se torna um pouco pior, mas no global, devido à maior área das áreas com uma película mais fina, a transferência de calor melhora. Estes efeitos da corrugação são muito mais significativos na face externa 114 uma vez que a quantidade de água na película 90 é muito maior que na película 80 (uma vez que a película 90 é água de alimentação, enquanto a película 80 é condensado).

[0058] Em configurações, a face externa 114 do tubo 110 pode ser revestida (figura 6G) , possivelmente em espessuras variáveis 142A, 142B sobre o perfil 120, para reduzir a descamação e aumentar o coeficiente de transferência térmica médio global e/ou os periodos de manutenção em relação a tubos corrugados não revestidos 110.

[0059] Alternativamente, o perfil 120 pode compreender somente uma corrugação externa (figura 6B) de um perfil ondulado (figura 6C) , que também pode prover alguns dos benefícios apresentados.

[0060] Em configurações, os inventores descobriram as seguintes características de perfil sendo as mais efetivas em alguns casos. No perfil 120, uma distância horizontal entre ranhuras sequenciais 131 é 3,2 vezes (±10%) uma espessura de parede de tubo 132, e uma profundidade das ranhuras 133 é um quinto (±10%) da distância horizontal entre ranhuras sequenciais 131. A espessura de parede de tubo 132 pode ser entre 0,7 e 1,6 mm. Em configurações, a espessura de parede de tubo 132 pode ser entre 1 e 1,25 mm. Os tubos 110 podem ser feitos de aluminio para intensificar as propriedades de transferência térmica.

[0061] Partes ou todos os tubos 110 podem ser revestidos por revestimento anticorrosão 140 tal como um revestimento cerâmico. A face interna 116 também pode ser revestida por um revestimento anticorrosão (não mostrado). O revestimento 140 pode ser depositado sobre os tubos 110 antes ou após sua produção a partir das folhas, no último caso para proteger áreas tensionadas dos tubos 110. A espessura 142 do revestimento 140 pode ser entre 10 a 20 microns com uma rugosidade média entre 0,5-2 microns. O revestimento 140 pode ser formado p.ex. por oxidação por microarco, anodização ou outros métodos de tratamento superficial oxidativos.

[0062] Os inventores descobriram que, globalmente em algumas configurações, os tubos 110 têm um coeficiente de transferência térmica total (evaporação e condensação) que é mais alto por um fator de 2,5 a 3,5 em relação a tubos lisos ovais nas mesmas condições hidráulicas e termodinâmicas.

[0063] O evaporador 100 pode compreender adicionalmente uma unidade de tensoativo arranjada para adicionar um agente ativo de superfície à água salina para controlar a espessura da pelicula 90 nos tubos 110. O agente ativo de superfície pode reforçar a ondulação das pelicula 90 e intensificar adicionalmente a evaporação.

[0064] A fig. 7 é um diagrama de fluxo esquemático ilustrando um método 150 para intensificar a transferência térmica através dos tubos de evaporador, de acordo com algumas configurações da invenção. O método 150 compreende os seguintes estágios: corrugar (isto é, formar estrias e ranhuras) uma face externa dos tubos (estágio 155) para afinar uma pelicula de água escorrendo sobre pelo menos parte da face externa (estágio 156), para aumentar a transferência térmica através da pelicula afinada (estágio 157), e opcionalmente corrugar uma face interna dos tubos (estágio 160) para afinar uma pelicula de condensado escorrendo em pelo menos parte da face interna (estágio 161), para aumentar a transferência térmica através da pelicula de condensado afinada (estágio 162).

[0065] O método 150 pode compreender adicionalmente achatar as estrias de corrugação (em qualquer das faces interna ou externa, ou ambas) para afinar a correspondente pelicula suportada sobre elas (estágio 165). As estrias corrugadas podem ser totalmente ou parcialmente achatadas (para se tornar planas ou convexas) para criar bordas de estrias anguladas.

[0066] A corrugação das face externa e da face interna (estágio 155 e 160 respectivamente) pode ser executada alternativamente (estágio 170), para produzir correspondência entre estrias na face externa e ranhuras na face interna, e entre estrias da face interna e ranhuras na face externa.

[0067] Por exemplo, a corrugação alternada (estágio 170) pode ser executada por duas engrenagens opostas para formar folhas corrugadas planas (estágio 175), e o método 150 pode adicionalmente compreender dobrar as folhas para gerar os tubos, para produzir tubos alongados com faces planas paralelas (estágio 180) . Os tubos podem ser formados por qualquer outro método de produção, tal como hidroconformação, prensagem, etc.

[0068] Os inventores descobriram que, a eficiência de transferência térmica foi maximizada em um caso, corrugando os tubos (estágios 155, 160, 170) para produzir uma distância entre ranhuras sequenciais que é 3,2 vezes (±10%) uma espessura de parede de tubo, e uma profundidade das ranhuras é um quinto (±10%) da distância horizontal entre ranhuras sequenciais.

[0069] O método 150 pode compreender adicionalmente revestir a face externa dos tubos por um revestimento anticorrosivo (estágio 185), por exemplo oxidando a superfície externa dos tubos. O revestimento pode ter um coeficiente de transferência térmica hc que é menor que o coeficiente de transferência térmica máximo dos tubos não revestidos h0 e maior que o coeficiente de transferência térmica minimo aceitável hm (o que requer a limpeza dos tubos de pelicula para reter eficiência global aceitável). 0 revestimento, embora reduzindo o coeficiente de transferência térmica máximo, prolonga o tempo entre tratamentos de limpeza subsequentes, e assim aumenta a eficiência global do evaporador.

[0070] O revestimento (185) pode ser executado após formar os tubos, e pode ser de espessuras variáveis, especialmente quando revestido sobre tubos corrugados. O revestimento pode ser executado por qualquer método conhecido, tal como oxidação eletrolitica, oxidação por microarco, anodização, deposição, e assim por diante.

[0071] Na descrição acima, uma configuração é um exemplo ou implementação da invenção. As várias ocorrências de "uma configuração", "a configuração" ou "algumas configurações" não necessariamente se referem às mesmas configurações.

[0072] Embora vários aspectos da invenção possam ser descritos no contexto de uma única configuração, as características também podem ser providas separadamente ou em qualquer combinação adequada.

[0073] Reciprocamente, embora a invenção possa ser descrita aqui no contexto de configurações separadas para clareza, a invenção também pode ser implementada em uma única configuração. Adicionalmente, deve ficar entendido que a invenção pode ser executada ou praticada de vários modos e que a invenção pode ser implementada em configurações outras que aquelas esboçadas na descrição acima.

[0074] A invenção não está limitada àqueles diagramas ou às descrições correspondentes. Por exemplo, o fluxo não necessita se mover através de cada caixa ou estado ilustrado, ou em exatamente a mesma ordem como ilustrada e descrita.

[0075] Os significados de termos técnicos e científicos usados aqui devem ser comumente compreendidos como por alguém de experiência ordinária na técnica à qual a invenção pertence, a menos que definidos de outra forma. Embora a invenção tenha sido descrita com relação a um número limitado de configurações, estas não devem ser interpretadas como limitações sobre o escopo da invenção, mas ao invés como exemplificações de algumas das configurações preferidas. Outras possíveis variações, modificações, e aplicações também estão dentro do escopo da invenção.

Claims

1. Evaporador (100) compreendendo uma pluralidade de tubos horizontais (110), que são verticalmente alongados e arranjados para suportar uma pelicula vertical (90) de água salina e para evaporar a água a partir da dita pelicula (90) por transferência térmica a partir de uma pelicula de condensado de vapor de condensação (85) dentro dos tubos (110), caracterizado por: os tubos horizontais (110) serem verticalmente e circunferencialmente corrugados (112) em pelo menos um perfil externo especificado (120A) compreendendo estrias externas alternadas (122) e ranhuras externas (124) sobre uma face externa (114) dos tubos; - o perfil externo especificado (120A) selecionado para afinar a pelicula sobre as estrias externas (122) para intensificar a transferência térmica através delas e evaporação a partir delas.

2. Evaporador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os tubos horizontais (110) serem verticalmente e circunferencialmente corrugados em pelo menos um perfil interno especificado (120B) compreendendo estrias internas alternadas (126) e ranhuras internas alternadas (128) sobre uma face interna dos tubos, o perfil interno (120B) especificado para afinar a pelicula de condensado (85) sobre as estrias internas (126) para intensificar a transferência térmica através delas e condensação sobre elas.

3. Evaporador de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por: - pelo menos um de: o perfil externo (120A) e o perfil interno (120B) ser trapezoidal ou; - pelo menos um de: as estrias externas (122) e as estrias internas (126) serem trapezoidais com lados convexos ou; - pelo menos um dos: as estrias externas (122) e as estrias internas (126) terem topos planos ou convexos que são angulares em seus lados; - sendo que as estrias em ângulos são conformadas para controlar características da pelicula.

4. Evaporador de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por para ambos perfis interno e externo especificados (120A, 120B): uma distância horizontal entre ranhuras seqüenciais (128, 124) ser 3,2 vezes (± 10%) de uma espessura de parede do tubo (110), e uma profundidade das ranhuras (128, 124) ser um quinto (± 10%) da distância horizontal entre ranhuras seqüenciais (128, 124).

5. Evaporador de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por a espessura da parede do tubo (110) ser entre 0,7 e 1,6 mm.

6. Evaporador de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por os tubos (110) serem produzidos a partir de folhas corrugadas planas, e/ou os tubos serem ovais, e/ou os tubos terem lados paralelos verticais e extremidades arredondadas.

7. Evaporador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por os tubos (110) serem revestidos com um revestimento anticorrosivo externo, o revestimento anticorrosivo sendo um dos: cerâmica, uma camada de óxido, ou óxido de aluminio gerado por oxidação de microarco em tubos de aluminio e/ou onde uma espessura do revestimento exterior está entre 5% e 0,5% de uma espessura de parede dos tubos.

8. Evaporador de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por os tubos (110) serem feitos de pelo menos um de: aluminio, magnésio, uma liga de aluminio, e uma liga de magnésio.

9. Evaporador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por compreender adicionalmente uma unidade de tensoativo arranjada para adicionar um agente ativo de superfície à água salina para controlar a espessura de pelicula sobre os tubos.

10. Método para intensificar a transferência térmica através de evaporador conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, o dito evaporador compreendendo tubos horizontais (110) que são alongados verticalmente, o dito método caracterizado por compreender: - corrugar uma face externa dos tubos (110) em pelo menos um perfil externo especificado (120A) compreendendo estrias e ranhuras externas alternadas (122, 124) sobre uma face externa dos tubos (110), para afinar uma pelicula de água escorrendo (90) sobre pelo menos parte da face externa, para aumentar a transferência térmica através da pelicula diluida.

11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por compreender adicionalmente corrugar uma face interna (120B) dos tubos (110) para afinar uma pelicula de condensado escorrendo em pelo menos parte da face interna, para aumentar a transferência térmica através da pelicula de condensado afinada, e/ou ainda compreender achatar estrias de corrugação para afinar a pelicula correspondente suportada sobre elas.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por as corrugações da face externa (120A) e da face interna (120B) serem executadas alternadamente, para produzir uma correspondência entre estrias (122) na face externa e ranhuras (128) na face interna, e entre estrias (126) da face interna e ranhuras (124) na face externa.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por a corrugação ser executada por duas engrenagens opostas para formar folhas corrugadas planas, e ainda compreender dobrar as folhas para gerar os tubos (110), para produzir tubos alongados com faces planas paralelas.

14. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por as corrugações serem selecionadas para produzir uma distância horizontal entre ranhuras seqüenciais (124, 128) que é 3,2 vezes (± 10%) uma espessura de parede do tubo, e uma profundidade da ranhura ser um quinto (± 10%) da distância horizontal entre ranhuras seqüenciais.

15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 14, caracterizado por compreender adicionalmente revestir a face externa dos tubos com um revestimento anticorrosivo e/ou o revestimento é realizado por um tratamento oxidativo.