Comparación de las tecnologías MVR, evaporación multiefecto y TVR (recompresión térmica de vapor)

La tecnología MVR comprime el vapor secundario, que de otro modo requeriría condensación, hasta alcanzar una presión más alta mediante un compresor, aumentando así su energía interna. Esto permite la recirculación continua y la reutilización de esta energía, sustituyendo al vapor de alimentación. Al consumir únicamente una cantidad mínima de energía eléctrica, posibilita recuperar y reutilizar la considerable energía interna del vapor de baja presión.

Principio de MVR

1. La energía eléctrica permite comprimir y aprovechar plenamente el vapor secundario generado durante la evaporación, lo que reduce prácticamente a cero las pérdidas de vapor en el sistema.

2. El condensado y el concentrado se descargan para intercambiar calor con la solución de alimentación.

3. El gas no condensable se somete a intercambio de calor con el líquido original.

4. El motor del compresor utiliza un control de velocidad por frecuencia variable.

La tecnología MVR comprime el vapor secundario, que de otro modo requeriría condensación, hasta alcanzar una presión más alta mediante un compresor, lo que aumenta su energía interna. Esto permite la recirculación continua y la reutilización de esta energía, sustituyendo al vapor de alimentación. Al consumir únicamente una cantidad mínima de energía eléctrica, posibilita recuperar y reutilizar la considerable energía interna del vapor de baja presión.

Reducir o eliminar la necesidad de suministro de vapor vivo, recuperar el vapor residual, disminuir el consumo de agua de refrigeración y mejorar la eficiencia del sistema.

Comparación de las tecnologías MVR, evaporación multiefecto y TVR (recompresión térmica de vapor)

Una comparación de tres tecnologías utilizadas en aparatos de evaporación y destilación

La evaporación, la destilación, la cristalización por evaporación y los equipos de secado por evaporación consumen todos cantidades considerables de energía.

El consumo de energía representa una parte significativa de los costos operativos de estos dispositivos; por lo tanto, reducir y optimizar el consumo específico de energía es fundamental para disminuir los gastos operativos totales.

En la actualidad, existen tres tecnologías principales para minimizar el consumo específico de energía, las cuales pueden aplicarse de forma individual o en combinación:

■ Evaporador de efectos múltiples (MEE)

■ Tecnología de recompresor térmico de vapor (TVR)

■ Tecnología de recompresor mecánico de vapor (MVR)

1. Tecnología de múltiples efectos

En un sistema de evaporación multiefecto, el vapor generado en el primer efecto mediante el calentamiento con vapor nuevo no se envía a un condensador; en su lugar, se reutiliza como medio de calentamiento del segundo efecto. Este enfoque puede reducir el consumo de vapor nuevo en aproximadamente un 50 %. Al extender este principio a efectos adicionales, es posible lograr una reducción aún mayor del uso de vapor nuevo. La diferencia total de temperatura entre la temperatura de calentamiento más alta del primer efecto y la temperatura de ebullición más baja del último efecto se reparte entre los distintos efectos. En consecuencia, la diferencia de temperatura por efecto disminuye a medida que aumenta el número de efectos. Para mantener una tasa de evaporación determinada, es necesario, por lo tanto, ampliar la superficie de calefacción. Las estimaciones preliminares indican que la superficie total de calefacción requerida para todos los efectos crece de manera proporcional al número de efectos; en consecuencia, aunque el ahorro de vapor va disminuyendo gradualmente, la inversión de capital aumenta de forma considerable.

A Producto B Vapor residual C Concentrado D Vapor vivo

E Condensado de vapor de potencia F Condensado de vapor secundario V Pérdida de calor

Diagrama de flujo de calor del evaporador de calentamiento directo de segundo efecto

2. Tecnología de recompresión de vapor térmico

En la recompresión térmica por vapor, basada en el principio de la bomba de calor, el vapor procedente de la cámara de ebullición se comprime hasta una presión más alta en la cámara de calentamiento, añadiendo así energía al vapor. Dado que la temperatura de saturación correspondiente a esta presión elevada en la cámara de calentamiento es mayor, el vapor puede reutilizarse para la calefacción. Para este fin se emplean compresores de chorro de vapor. Funcionando según el principio de la bomba de chorro, no poseen partes móviles, presentan un diseño sencillo pero eficaz y garantizan una máxima fiabilidad operativa. El uso de un único compresor de vapor térmico proporciona los mismos beneficios en términos de ahorro de vapor y eficiencia energética que añadir un efecto adicional al evaporador. El funcionamiento de un compresor de vapor térmico requiere una cierta cantidad de vapor nuevo, denominado vapor motriz. Este vapor motriz debe ser conducido al siguiente efecto o descargado al condensador como vapor residual. La energía residual contenida en el vapor residual es aproximadamente equivalente a la energía suministrada por el vapor motriz.

Un producto B vapor secundario B1 vapor residual C líquido concentrado

D Vapor de potencia E Condensado de vapor de potencia V Pérdida de calor

Diagrama de flujo de calor de un evaporador de recompresión por vapor térmico

3. Tecnología de recompresión mecánica de vapor

En la recompresión mecánica de vapor, un compresor accionado mecánicamente comprime el vapor generado en el evaporador hasta alcanzar una presión más alta. En consecuencia, el recompresor también funciona como una bomba de calor, lo que aumenta el contenido energético del vapor. A diferencia de las bombas de calor por compresión que emplean un fluido de trabajo circulante —es decir, un sistema cerrado que opera según un ciclo de refrigeración—, la recompresión de vapor opera como un sistema abierto y, por tanto, puede considerarse un tipo especial de bomba de calor por compresión. Tras comprimirse el vapor y condensarse el vapor calentado resultante, el condensado abandona el ciclo. El vapor de calefacción (el lado caliente) y el vapor secundario (el lado frío) están separados por la superficie de transferencia de calor del evaporador. Una comparación entre las bombas de calor por compresión de sistema abierto y de sistema cerrado revela que, en el sistema abierto, la superficie del evaporador asume esencialmente la función de la válvula de expansión en el sistema cerrado. Al consumir únicamente una cantidad relativamente pequeña de energía —concretamente, la energía mecánica del impulsor del compresor en una bomba de calor por compresión—, la energía se transfiere al medio de calefacción del proceso y se mantiene dentro de un ciclo continuo. Bajo estas condiciones, no se requiere vapor primario como medio de calefacción.

Un producto B vapor secundario B1 vapor residual C líquido concentrado

D Energía eléctrica E Condensado de vapor de potencia V Pérdida de calor

Diagrama de flujo de calor de un evaporador de recompresión mecánica de vapor

En un sistema de recompresión térmica de vapor de múltiples efectos, el calor de condensación que debe ser rechazado sigue siendo considerable. En una configuración de múltiples efectos, con n efectos, dicho calor de condensación equivale aproximadamente a 1/n de la energía primaria aportada. Además, el compresor de chorro de vapor solo puede comprimir una fracción del vapor secundario, y la energía restante del vapor motor debe eliminarse como calor residual hacia el agua de enfriamiento. Sin embargo, al aplicar el principio de una bomba de calor de compresión en ciclo abierto, es posible reducir de manera significativa o incluso eliminar el calor rechazado a través del condensador. Para lograr el equilibrio térmico global, aún podría requerirse una pequeña cantidad de energía residual o la condensación del vapor sobrante, lo que permite mantener una relación de presiones constante y condiciones de operación estables. Entre los motivos para adoptar la recompresión mecánica de vapor se incluyen:

■ Bajo consumo específico de energía

■ La baja diferencia de temperatura garantiza una evaporación suave del producto.

■ Debido al uso de un evaporador de efecto único, el tiempo de residencia del producto es breve.

■ Proceso sencillo y altamente práctico

■ Excelentes características de funcionamiento a carga parcial

■ Bajos costos de operación