evaporación por compresión de vapor

En este caso, la energía de entrada al sistema reside en la energía de bombeo del compresor. El consumo de energía teórico será igual a ${\displaystyle E=Q*(H2-H1)}$, dónde

• E es la energía de bombeo teórica total
• Q es la masa de vapores que pasan a través del compresor.
• H ₁ , H ₂ son el contenido total de calor por unidad de masa de vapores, respectivamente aguas arriba y aguas abajo del compresor.

En unidades del SI , se miden respectivamente en kJ , kg y kJ/kg.

El aporte energético real será mayor que el valor teórico y dependerá de la eficiencia del sistema, que suele estar entre el 30 % y el 60 %. Por ejemplo, supongamos que el aporte energético teórico es de 300 kJ y la eficiencia es del 30 %. El aporte energético real sería de 300 x 100/30 = 1000 kJ.

En una unidad de gran tamaño, la potencia de compresión oscila entre 35 y 45 kW por tonelada métrica de vapores comprimidos.

El compresor es, necesariamente, el núcleo de la unidad. Los compresores utilizados para esta aplicación suelen ser centrífugos o de desplazamiento positivo , como los sopladores Roots , similares al sobrealimentador Roots (mucho más pequeño) . Las unidades de gran tamaño (con una capacidad de evaporación de 100 toneladas métricas por hora o más) a veces utilizan compresores de flujo axial . El trabajo de compresión produce vapor sobrecalentado en comparación con el equilibrio teórico de presión/temperatura. Por esta razón, la gran mayoría de las unidades MVR incorporan un desobrecalentador entre el compresor y el intercambiador de calor principal.

La energía de entrada viene dada aquí por la energía de una cantidad de vapor ( vapor motriz ), a una presión superior a la de los vapores de entrada y salida. Por lo tanto, la cantidad de vapores comprimidos es mayor que la de entrada  : ${\displaystyle Qd=Qs+Qm}$ Donde Q _d es la cantidad de vapor a la salida del eyector, Q _s a la succión del eyector y Q _m es la cantidad de vapor motriz. Por esta razón, un evaporador de termocompresión suele incluir un condensador de vapor , debido al posible exceso de vapor necesario para la compresión en comparación con el vapor requerido para evaporar la solución. La cantidad Q _m de vapor motriz por unidad de cantidad de succión es función tanto de la relación motriz de la presión de vapor motriz frente a la presión de succión como de la relación de compresión de la presión de salida frente a la presión de succión. En principio, cuanto mayor sea la relación de compresión y menor la relación motriz, mayor será el consumo específico de vapor motriz, es decir, menos eficiente será el balance energético.

El componente principal de cualquier evaporador de termocompresión es, sin duda, el eyector de vapor , descrito exhaustivamente en la página correspondiente. El tamaño de los demás componentes, como el intercambiador de calor principal , el cabezal de vapor , etc. (véase el evaporador para más detalles), viene determinado por el proceso de evaporación.

Un evaporador de compresión de vapor, como la mayoría de los evaporadores , puede producir agua razonablemente limpia a partir de cualquier fuente de agua. En un cristalizador de sal , por ejemplo, un análisis típico del condensado resultante muestra un contenido típico de sal residual no superior a 50 ppm o, en términos de conductancia eléctrica , no superior a 10 μS/cm . Esto da como resultado agua potable, si se cumplen los demás requisitos sanitarios. Si bien esto no puede competir en el mercado con la ósmosis inversa o la desmineralización , la compresión de vapor se diferencia principalmente de estas gracias a su capacidad para producir agua limpia a partir de salmueras saturadas o incluso en proceso de cristalización con sólidos disueltos totales (SDT) de hasta 650 g/L. Las otras dos tecnologías pueden producir agua limpia a partir de fuentes con un SDT no superior a aproximadamente 35 g/L.

Por razones económicas, los evaporadores rara vez se utilizan con agua de bajo contenido de sólidos disueltos totales (TDS). Estas aplicaciones se abastecen mediante ósmosis inversa. El agua, ya de por sí salobre, que ingresa a un evaporador típico se concentra aún más. El aumento de sólidos disueltos eleva el punto de ebullición muy por encima del del agua pura. El agua de mar con un TDS de aproximadamente 30 g/L presenta una elevación del punto de ebullición inferior a 1 K , mientras que una solución saturada de cloruro de sodio a 360 g/L tiene una elevación del punto de ebullición de aproximadamente 7 K. Esta elevación del punto de ebullición representa un desafío para la evaporación por compresión de vapor, ya que aumenta la relación de presión que el compresor de vapor debe alcanzar para lograr la vaporización. Dado que la elevación del punto de ebullición determina la relación de presión en el compresor, es el factor principal en los costos operativos generales.

La tecnología utilizada hoy para extraer betún de las arenas bituminosas de Athabasca es el método de drenaje por gravedad asistido por vapor (SAGD) intensivo en agua. ^{[ 1 ]} A finales de la década de 1990, el ex ingeniero nuclear Bill Heins de RCC Thermal Products de General Electric Company concibió una tecnología de evaporación llamada evaporación por compresión de vapor de película descendente o mecánica. En 1999 y 2002, la planta de Petro-Canada en MacKay River fue la primera en instalar sistemas GE SAGD de descarga cero de líquidos (ZLD) de 1999 y 2002 utilizando una combinación de la nueva tecnología de evaporación y un sistema de cristalizador en el que toda el agua se reciclaba y solo los sólidos se descargaban fuera del sitio. ^{[ 1 ]} Esta nueva tecnología de evaporación comenzó a reemplazar las técnicas de tratamiento de agua más antiguas empleadas por las instalaciones SAGD que implicaban el uso de ablandamiento con cal caliente para eliminar sílice y magnesio y el intercambio iónico de cationes de ácido débil utilizado para eliminar calcio . ^{[ 1 ]} El proceso de evaporación por compresión de vapor reemplazó a los generadores de vapor de paso único (OTSG) tradicionalmente utilizados para la producción de vapor. Los OTSG generalmente funcionaban con gas natural , que en 2008 se había vuelto cada vez más valioso. La calidad del agua de los evaporadores es cuatro veces mejor, lo cual es necesario para las calderas de tambor. Los evaporadores, cuando se acoplan con calderas de tambor estándar, producen vapor que es más "confiable, menos costoso de operar y menos intensivo en agua". Para 2008, alrededor del 85 por ciento de las instalaciones SAGD en las arenas bituminosas de Alberta habían adoptado la tecnología evaporativa. "SAGD, a diferencia de otros procesos térmicos como la estimulación cíclica de vapor (CSS), requiere vapor de calidad 100 por ciento". ^{[ 1 ]}