Compresión Mecánica de Vapor (MVC) (MVR), sistema eficiente en la evaporación de agua

La Compresión Mecánica de Vapor (MVC) es conocida desde hace años y aplicada en diversos procesos industriales. En donde más se suele utilizar es en sectores donde se necesita evaporar agua; ya sean aguas industriales de cualquier tipo, salmueras, la concentración de jugos de frutas o la producción de productos farmacéuticos y químicos.

Con la crisis energética actual es común que se busquen alternativas eficientes y de bajo consumo para satisfacer las necesidades de la industria. La compresión mecánica de vapor (MVC) o Mechanical Vapor Recompression (MVR), es una alternativa eficiente para la evaporación de agua o la destilación.

Principio de funcionamiento de la compresión mecánica del vapor

Cuando una solución acuosa se calienta, el agua se evapora y se convierte en vapor. El vapor producido se comprime mecánicamente para aumentar su temperatura y presión, el vapor comprimido se traslada como fluido caloportador hasta un dispositivo de expansión. Durante la expansión, el vapor se enfría y se condensa, liberando su calor latente de vaporización. Este calor cedido se transfiere a la solución acuosa, la cual se calienta y se evapora, creando más vapor. Este vapor es a su vez succionado por el compresor y comprimido. De esta forma se genera un ciclo continuo de evaporación.

La Compresión Mecánica de Vapor (MVC) o también llamada por sus siglas en español (CMV) es un proceso eficiente de evaporación de agua, utiliza energía mecánica para comprimir el vapor, en lugar de energía térmica. Esto significa que el MVC puede lograr un ahorro significativo de energía en comparación con otros procesos de evaporación de agua, como la evaporación térmica. Esta tecnología es capaz de producir un vapor de alta pureza, lo que lo hace adecuado para aplicaciones en las que se requiere un vapor de alta calidad, por ejemplo, en la producción de productos farmacéuticos y químicos.

Puesta en marcha del sistema de compresión de vapor.

Uno de los inconvenientes que podemos encontrarnos en estos sistemas es que se necesita vapor para comenzar el funcionamiento. La cantidad de energía suministrada tiene que ser suficiente para evaporar el agua inicial y que permita la generación de vapor en cantidades similares a las de diseño del compresor. Una vez en marcha el compresor, el sistema externo de aportación de vapor (Caldera, Resistencia Eléctrica, Vapor, etc) se puede desconectar.

Cuando el compresor de vapor se encuentre en funcionamiento, será quien aporte toda la energía al sistema. Es muy importante mantener el sistema térmicamente aislado al máximo posible para evitar pérdidas de energía. Si el sistema fuese ineficiente y el calor se perdiese, no se generaría el vapor suficiente para alimentar el compresor. Se provocaría una reacción en cadena de ineficiencia entre todos los sistemas y dejaría de funcionar. La única forma de que siguiese funcionando es aportando más energía externa hasta generar el vapor suficiente.

Estrategia de arranque en la Compresión Mecánica de Vapor

Algún fabricante de los compresores de vapor afirma que si no se logra tener la cantidad de vapor necesario para la puesta en marcha, es decir, solo se dispone de un flujo de vapor menor al de trabajo del compresor. Se podría hacer una “maniobra de arranque´´ en la cual se comprimiría el poco vapor del que se dispone, más algo de aire.

Para equilibrar el sistema ahorrando tiempo y energía, un fabricante nos ha indicado que se puede proceder de la siguiente forma; se pone en marcha la fuente externa de energía para que el agua comience a calentarse y llegue al punto de evaporación. Cuando comience a formarse vapor, se pondrá en marcha el compresor.

Por supuesto, no se dispondrá de la cantidad de vapor necesario para poner en marcha el sistema, así que se necesita que la cámara de evaporación tenga una válvula de venteo por la que entre aire desde el exterior. El compresor comenzará a mover el aire, y así se mezclará con el vapor que se irá creando. Esto provocará que el sistema aumente la velocidad de calentamiento y este operativo más rápido. O al menos así lo afirman los fabricantes.

Como el aire es más denso que el vapor, el compresor lo verá reflejado en la curva de consumo, es decir, en ese momento consumirá un poco más que cuando solo mueva el vapor. Cuando la curva de consumo del compresor se estabilice a los parámetros esperados y la temperatura de la cámara se encuentre donde deseamos, se puede cerrar la válvula de venteo y desconectar la fuente externa de energía (Resistencia, Caldera, etc) con la que se estaba generando el vapor. Desde este momento seguirá el compresor como única fuente de energía.

Funcionamiento del Compresor de Vapor

Los compresores volumétricos pueden trabajar en rangos de presiones por debajo de la atmosférica, es decir en vacío, lo que haría que el punto de ebullición del agua sea menor y se necesite menos temperatura para llegar a la temperatura de evaporación del agua. Ojo, implicaría que se puede evaporar a menos temperatura, pero no implica que se necesite menos energía. El vapor cuando se encuentra en vacío aumenta enormemente su volumen y esto hace que el compresor haga un sobreesfuerzo, así que realiza un análisis profundo, porque puede que termine siendo mayor el consumo.

Partiendo de las necesidades de cada proyecto es preciso contactar con el fabricante y que nos aporte los parámetros de trabajo del compresor (Presión, Temperatura, Eficiencia, etc.) y ajustarlos a lo que necesitemos. Tengamos presente que cuanto mayor sea el diferencial de entrada y salida en las presiones, o si por cualquier circunstancia se necesita trabajar en vacío, etc, el costo de la instalación y todos sus gastos derivados se multiplicarán.

Los Compresores de Vapor funcionan con un motor para su accionamiento, puede ser eléctrico, diésel, etc y tienen una unidad compresora del vapor. (Si no lo has visto, se puede decir que es un mecanismo similar al del turbo de un coche, pero más grande).

Características de los Compresores de Vapor

Los sistemas de compresión mecánica de vapor están fabricados con materiales ultrarresistentes o superaleaciones que garantizan que el compresor resista sus altos regímenes de trabajo. Los compresores son de muy fácil instalación y solo necesitan un mantenimiento preventivo mínimo. Son máquinas muy duraderas y fiables y sobre todo, el costo de energía de operación en muy reducido en comparación con otras tecnologías.

La eficiencia de estos sistemas se ve mejorada cuando se utilizan intercambiadores de calor que precalientan el fluido de entrada. De esta forma el salto de energía al entrar a la cámara de evaporación no es tan grande y rápidamente el agua se transforma en vapor. De esta forma comienza el ciclo ya antes explicado, donde el vapor generado es comprimido, aumentándole su energía y empleado como caloportador. En el diagrama se muestra brevemente el sistema de Compresión Mecánica de Vapor (MVC).

Compresores más utilizados en la Compresión Mecánica del Vapor

En principio, todos los tipos de compresores comunes son adecuados como compresor mecánico de vapor, es decir, cualquier máquina que funcione de acuerdo con el principio de desplazamiento positivo y funcione dinámicamente. Máquinas de flujo continuo. En las plantas de evaporación, sin embargo, se utilizan realmente los siguientes tres tipos:

• Compresores centrífugos
• Compresores de lóbulo

Para capacidades medias y altas, el tipo más frecuente de compresor es el centrífugo. Actualmente, se prefieren dos o más compresores en serie. Los de lóbulos rotativos solo se utilizan en aplicaciones con bajas tasas de evaporación.

Gráficos comparativos de investigaciones externadas.